iOS 数据安全—加密解密「学习总结」

梅楼封
5,544 阅读16分钟
原文链接： www.jianshu.com

写在前面
在写项目中，数据的安全性至关重要，而仅仅用 POST 请求提交用户的隐私数据，还是不能完全解决安全问题。因此：我们经常会用到加密技术，比如说在登录的时候，我们会先把密码用MD5加密再传输给服务器 或者 直接对所有的参数进行加密再POST到服务器。
记得最初接触加密，也不懂，就根据文档，用的是 md5，直接调一方法就OK 了（感觉加密也简单的）-->淡淡的一笑！

相信很多开发者跟我当初一样，只是根据项目经理或者文档指示进行加密，简单会使用 但并不知道加密知识体系和内在原理，于是整理了一份相关资料。时间有限，知识并未全覆盖，有遗漏或者错误，忘指正。


 HTTPS

目录:

  1. 数据安全介绍
  2. 常用加密算法
  3. 常用加密方式
  4. Base64编码方案
  5. 加密实现代码
    5.1 MD5加密算法
    5.2 对称加密算法AES和DES
    5.3 非对称加密RSA
  6. HTTPS基本使用
  7. 数据安全–加密解密效果
  8. 加密实战应用场景（持续更新）
1.数据安全介绍

  • 最基础的是我们发送网络请求时，使用get和post方式发送请求。两者具体区别就不做解释了，只是引出相关安全性问题

    • get：将参数暴露在外，（绝对不安全-->明文请求或者傻瓜式请求）。
    • post：将参数放到请求体body中，（相对于get比较安全-->但是我们可以很容易用一些软件截获请求数据。比如说Charles（青花瓷））

  • Charles（大部分app的数据来源都使用该工具来抓包，并做网络测试）

    • 注意：Charles在使用中的乱码问题，可以显示包内容，然后打开info.plist文件，找到java目录下面的VMOptions，在后面添加一项：-Dfile.encoding=UTF-8
    • 这里提供一个青花瓷破解版下载途径，供大家学习使用，商务需求，也请支持正版。

  • 数据安全的原则

    • 在网络上不允许传输用户隐私数据的明文,（即:App网络传输安全，指对数据从客户端传输到Server中间过程的加密，防止网络世界当中其他节点对数据的窃听）。
    • 在本地不允许保存用户隐私数据的明文,（即:App数据存储安全，主要指在磁盘做数据持久化的时候所做的加密）。
    • App代码安全,（即:包括代码混淆，加密或者app加壳）。

  • 要想非常安全的传输数据，建议使用https。抓包不可以，但是中间人攻击则有可能。建议双向验证防止中间人攻击，可以参考下文篇章。

2.常用加密算法
常用加密算法 名称
编码方案 Base64
哈希(散列)函数 MD5（消息摘要算法）
SHA1
SHA256
对称加密算法 DES
AES
非对称加密算法 RSA
HTTPS HTTP+SSL协议
3.常用加密方式
常用加密方式
1.通过简单 BASE64编码 防止数据明文传输
2.对普通请求、返回数据，生成MD5校验（MD5中加入动态密钥），进行数据完整性（简单防篡改，安全性较低，优点：快速）校验
3.对于重要数据，使用RSA进行数字签名，起到防篡改作
4.对于比较敏感的数据，如用户信息（登陆、注册等），客户端发送使用RSA加密，服务器返回使用DES(AES)加密
5.要想非常安全的传输数据，建议使用https。抓包不可以，但是中间人攻击则有可能。建议双向验证防止中间人攻击
4.Base64编码方案

  1. Base64简单说明
    描述：Base64可以成为密码学的基石，非常重要。
    特点：可以将任意的二进制数据进行Base64编码
    结果：所有的数据都能被编码为并只用65个字符（A~Z a~z 0~9 + / =）就能表示的文本文件。
    注意：对文件进行base64编码后文件数据的变化：编码后的数据~=编码前数据的4/3，会大1/3左右。

  2. Base64编码原理和处理过程

Base64编码原理
1、将所有字符转化为ASCII码
2、将ASCII码转化为8位二进制
3、将二进制3个归成一组(不足3个在后边补0)共24位，再拆分成4组，每组6位
4、统一在6位二进制前补两个0凑足8位
5、将补0后的二进制转为十进制
6、从Base64编码表获取十进制对应的Base64编码
Base64处理过程
1、转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。
2、数据不足3byte的话，于缓冲区中剩下的bit用0补足。然后，每次取出6个bit，按照其值选择查表选择对应的字符作为编码后的输出。
3、不断进行，直到全部输入数据转换完成。
4、如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加1个“=”；
5、如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加2个“=”；
6、如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证资料还原的正确性。

在这里提供几张图结合上面的处理过程，好理解。


Base64 ASCII
  1. Base64实现代码

简单方法直接拿走，调用

// 对一个字符串进行base64编码,并且返回
-(NSString *)base64EncodeString:(NSString *)string {
    // 1.先转换为二进制数据
    NSData *data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    // 2.对二进制数据进行base64编码,完成之后返回字符串
    return [data base64EncodedStringWithOptions:0];
}

// 对base64编码之后的字符串解码,并且返回
-(NSString *)base64DecodeString:(NSString *)string {
    // 注意:该字符串是base64编码后的字符串
    // 1.转换为二进制数据(完成了解码的过程)
    NSData *data = [[NSData alloc]initWithBase64EncodedString:string options:0];

    // 2.把二进制数据在转换为字符串
    return [[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

//---------------------------<#我是分割线#>------------------------------//

NSLog(@"%@",[self base64EncodeString:@"A"]);
NSLog(@"%@",[self base64DecodeString:@"QQ=="]);

PS.终端执行编码和解码

如：
编码：base64 123.png -o 123.txt
解码：base64 123.txt -o test.png -D
4.加密实现代码

哈希(散列)函数
特点：

  • 算法是公开的
  • 对相同的数据加密，得到的结果是一样的"
  • 对不同的数据加密，得到的结果是定长的，MD5对不同的数据进行加密，得到的结果都是 32 个字符长度的字符串
  • 信息摘要，信息"指纹"，是用来做数据识别的！
  • 不能逆推反算(重要)

用途：

  • 版权 对文件进行散列判断该文件是否是正版或原版的
  • 文件完整性验证 对整个文件进行散列，比较散列值判断文件是否完整或被篡改
  • 密码加密，服务器并不需要知道用户真实的密码！
  • 搜索：
    如：百度搜索-->老司机 皮皮虾 苍老师
    或是 【苍老师 老司机 皮皮虾 】
    上面两种方式搜索出来的内容是一样的
    • 如何判断：对搜索的每个关键字进行三列，得到三个相对应的结果，按位相加结果如果是一样的，那搜索的内容就是一样的！
  • 经典加密算法：MD5、SHA1、SHA512
MD5消息摘要算法

  • 简单介绍:

    • MD5：全称是Message Digest Algorithm 5，译为“消息摘要算法第5版”(经MD2、MD3和MD4发展而来)
    • 效果：对输入信息生成唯一的128位散列值（32个字符），即 32个16进制的数字。

  • 特点:

    • 输入两个不同的明文不会得到相同的输出值
    • 根据输出值，不能得到原始的明文，即其过程不可逆(只能加密, 不能解密)

  • 应用:

    • 现在的MD5已不再是绝对安全(如：暴力破解的网站)，对此，可以对MD5稍作改进，以增加解密的难度。
    • 解决：加盐（Salt）：在明文的固定位置插入随机串，然后再进行MD5（先加密，后乱序：先对明文进行MD5，然后对加密得到的MD5串的字符进行乱序）

  • 注意点:

    • 开发中，一定要和后台开发人员约定好，MD5加密的位数是16位还是32位(大多数都是32位的)，16位的可以通过32位的转换得到。
    • MD5加密区分 大小写，使用时要和后台约定好。
    • MD5公认被破解不代表其可逆，而是一段字符串加密后的密文，可以通过强大运算计算出字符串加密后的密文对应的原始字符串，但也不是绝对的被破解。

  • PS.暴力破解是指通过将明文和生成的密文进行配对，生成强大的数据库，在数据库中搜索，在这里就可以破解密码。破解网址 http://www.cmd5.com

提升MD5加密安全性，解决办法

  • 1.先明文加盐，然后再进行MD5。即明文后拼接字符串（此时拼接的字符串要 足够长+足够咸+足够复杂），再进行MD5加密。如：#define salt @"1342*&%&shlfhs390(*^^6R%@@KFGKF"

  • 2.先加密+乱序

  • 3.乱序|加盐，多次MD5加密等

  • 4.使用消息认证机制HMAC：给定一个"秘钥"，对明文进行加密，并且做"两次散列"！-> 得到的结果，还是 32 个字符，相对安全（KEY是服务器传给你的，不是你写死的）。

消息认证机制（HMAC）简单说明

  • 原理
    • 消息的发送者和接收者有一个共享密钥
    • 发送者使用共享密钥对消息加密计算得到MAC值（消息认证码）
    • 消息接收者使用共享密钥对消息加密计算得到MAC值
    • 比较两个MAC值是否一致
  • 使用
    • 客户端需要在发送的时候把（消息）+（消息·HMAC）一起发送给服务器
    • 服务器接收到数据后，对拿到的消息用共享的KEY进行HMAC，比较是否一致，如果一致则信任

简单示例

#pragma mark - md5加密方法
- (NSString *)md5String {
    const char *str = self.UTF8String;
    uint8_t buffer[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    CC_MD5(str, (CC_LONG)strlen(str), buffer);
    return [self stringFromBytes:buffer length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

#pragma mark - HMACMD5加密方法
- (NSString *)hmacMD5StringWithKey:(NSString *)key {
    const char *keyData = key.UTF8String;
    const char *strData = self.UTF8String;
    uint8_t buffer[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    CCHmac(kCCHmacAlgMD5, keyData, strlen(keyData), strData, strlen(strData), buffer);
    return [self stringFromBytes:buffer length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

/**
 *  返回二进制 Bytes 流的字符串表示形式
 *  @param bytes  二进制 Bytes 数组
 *  @param length 数组长度
 *  @return 字符串表示形式
 */
- (NSString *)stringFromBytes:(uint8_t *)bytes length:(int)length {
    NSMutableString *strM = [NSMutableString string];
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        [strM appendFormat:@"%02x", bytes[i]];
    }
    return [strM copy];
}

//---------------------------<#我是分割线#>------------------------------//

// md5加密调用
NSLog(@"%@",[@"520it" md5String]);

// (明文+加盐)MD5加密调用
NSLog(@"%@",[[@"520it" stringByAppendingString:salt] md5String]);

// hmacMD5加密调用（先加密+乱序）
NSLog(@"%@",[@"520it" hmacMD5StringWithKey:@"xiaomage"]);
对称加密算法AES和DES
  • 对称加密的特点
    • 加密/解密使用相同的密钥
    • 加密和解密的过程是可逆的
  • 经典算法
    • DES 数据加密标准
    • AES 高级加密标准
  • 提示：
    • 加密过程是先加密，再base64编码
    • 解密过程是先base64解码，再解密

简单示例

/**
 *  加密字符串并返回base64编码字符串
 *
 *  @param string    要加密的字符串
 *  @param keyString 加密密钥
 *  @param iv        初始化向量(8个字节)
 *
 *  @return 返回加密后的base64编码字符串
 */
- (NSString *)encryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv;
/**
 *  解密字符串
 *
 *  @param string    加密并base64编码后的字符串
 *  @param keyString 解密密钥
 *  @param iv        初始化向量(8个字节)
 *
 *  @return 返回解密后的字符串
 */
- (NSString *)decryptString:(NSString *)string keyString:(NSString *)keyString iv:(NSData *)iv;
// 调用
EncryptionTools *encrypt = [EncryptionTools sharedEncryptionTools];
NSLog(@"%@",[encrypt encryptString:@"LN123" keyString:@"LN" iv:nil]);
NSLog(@"%@",[encrypt decryptString:@"OPcTMDB5paivqtYo9Fj+hQ==" keyString:@"LN" iv:nil]);
非对称加密RSA
  • 非对称加密的特点
    • 使用 公钥 加密，使用 私钥 解密
    • 使用 私钥 加密，使用 公钥 解密（私钥签名，公钥验签）
    • 公钥是公开的，私钥保密
    • 加密处理安全，但是性能极差
  • 经典算法-->RSA

简单示例

// 公钥加密时调用类方法：
+ (NSString *)encryptString:(NSString *)str publicKey:(NSString *)pubKey;
+ (NSData *)encryptData:(NSData *)data publicKey:(NSString *)pubKey;
// 私钥解密时调用类方法
+ (NSString *)decryptString:(NSString *)str privateKey:(NSString *)privKey;
+ (NSData *)decryptData:(NSData *)data privateKey:(NSString *)privacy;

/** 调用 */
NSString *str = [RSAUtil encryptString: @"LN" publicKey:RSA_Public_key];
NSLog(@"RSA公钥加密数据-->\n%@",str);

NSString *str1 = [RSAUtil decryptString:str privateKey:RSA_Privite_key];
NSLog(@"RSA私钥解密数据-->%@",str1);

MAC上生成公钥、私钥的方法，及使用

 # MAC上生成公钥、私钥的方法
 @code
 1.打开终端，切换到自己想输出的文件夹下
 2.输入指令:openssl（openssl是生成各种秘钥的工具，mac已经嵌入)
 3.输入指令:genrsa -out rsa_private_key.pem 1024 (生成私钥，java端使用的)
 4.输入指令:rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout (生成公钥)
 5.输入指令:pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt(私钥转格式，在ios端使用私钥解密时用这个私钥)
 注意:在MAC上生成三个.pem格式的文件，一个公钥，两个私钥，都可以在终端通过指令vim xxx.pem 打开，里面是字符串，第三步生成的私钥是java端用来解密数据的，第五步转换格式的私钥iOS端可以用来调试公钥、私钥解密（因为私钥不留在客户端）
 iOS端公钥加密私钥解密、java端公钥加密私钥解密，java端私钥加密公钥解密都容易做到，iOS不能私钥加密公钥解密，只能用于验签
 @endcode
5.HTTPS基本使用

  • https简单说明

    • HTTPS（全称：Hyper Text Transfer Protocol over Secure Socket Layer），是以安全为目标的HTTP通道，简单讲是HTTP的安全版。
    • 在HTTP下加入SSL层，HTTPS的安全基础是SSL，因此加密的详细内容就需要SSL。 它是一个URI scheme（抽象标识符体系），句法类同http:体系。用于安全的HTTP数据传输。
    • HTTPS：URL表明它使用了HTTP，但HTTPS存在不同于HTTP的默认端口及一个加密/身份验证层（在HTTP与TCP之间）。

  • 注意

    • HTTPS的主要思想是在不安全的网络上创建一安全信道，并可在使用适当的加密包和服务器证书可被验证且可被信任时，对窃听和中间人攻击提供合理的保护。
    • HTTPS的信任继承基于预先安装在浏览器中的证书颁发机构（如VeriSign、Microsoft等）（意即“我信任证书颁发机构告诉我应该信任的”）。
    • 因此，一个到某网站的HTTPS连接可被信任，如果服务器搭建自己的https 也就是说采用自认证的方式来建立https信道，这样一般在客户端是不被信任的。
    • 所以我们一般在浏览器访问一些https站点的时候会有一个提示，问你是否继续。

  • HTTPS和HTTP区别

    • https协议需要到ca申请证书，一般免费证书很少，需要交费。
    • http是超文本传输协议，信息是明文传输，https 则是具有安全性的ssl加密传输协议。
    • http和https使用的是完全不同的连接方式，用的端口也不一样，前者是80，后者是443。
    • http的连接很简单，是无状态的；HTTPS协议是由SSL+HTTP协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，比http协议安全。

  • 实现代码

方案一：如果是自己使用NSURLSession来封装网络请求

// 1.创建session
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:[NSURLSessionConfiguration defaultSessionConfiguration] delegate:self delegateQueue:[NSOperationQueue mainQueue]];
// 2.创建Task
NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:@"https://kyfw.12306.cn/otn"]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) { 
    // 3.解析数据
    NSLog(@"%@---%@",[[NSString alloc]initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding],error);
}];
// 4.执行task
[dataTask resume];

#pragma mark - 遵守<NSURLSessionDataDelegate>
// 如果发送的请求是https的,那么才会调用该方法
-(void)URLSession:(NSURLSession *)session didReceiveChallenge:(NSURLAuthenticationChallenge *)challenge completionHandler:(void (^)(NSURLSessionAuthChallengeDisposition, NSURLCredential * _Nullable))completionHandler {
    /**
     判断服务器传给我们的信任的类型，只有是【服务器信任的时候，才安装证书】
     NSURLSessionAuthChallengeDisposition 如何处理证书
     NSURLAuthenticationMethodServerTrust 服务器信任
     */
    if(![challenge.protectionSpace.authenticationMethod isEqualToString:@"NSURLAuthenticationMethodServerTrust"]) {
        return;
    }
    NSLog(@"%@",challenge.protectionSpace);
    /*
     NSURLCredential 授权信息
     NSURLSessionAuthChallengeUseCredential = 0, 使用该证书 安装该证书
     NSURLSessionAuthChallengePerformDefaultHandling = 1, 默认采用的方式,该证书被忽略
     NSURLSessionAuthChallengeCancelAuthenticationChallenge = 2, 取消请求,证书忽略
     NSURLSessionAuthChallengeRejectProtectionSpace = 3,          拒绝
     */
    NSURLCredential *credential = [[NSURLCredential alloc]initWithTrust:challenge.protectionSpace.serverTrust];
    completionHandler(NSURLSessionAuthChallengeUseCredential,credential);
    // 注意：并不是所有的https的请求都需要安装证书(授权)的，请求一些大型的网站有的是强制安装的，如：苹果官网https://www.apple.com
}

方案二：如果使用AFN网络请求

AFHTTPSessionManager *manager = [AFHTTPSessionManager manager];

// 更改解析方式（请求网页源码应使用原始解析）
manager.responseSerializer = [AFHTTPResponseSerializer serializer];

// 设置对证书的处理方式
// 允许自签名证书，必须的
manager.securityPolicy.allowInvalidCertificates = YES;
// 是否验证域名的CN字段（不是必须的，但是如果写YES，则必须导入证书）
manager.securityPolicy.validatesDomainName = NO;

[manager GET:@"https://kyfw.12306.cn/otn" parameters:nil progress:nil success:^(NSURLSessionDataTask * _Nonnull task, id  _Nullable responseObject) {

    NSLog(@"success---%@",[[NSString alloc]initWithData:responseObject encoding:NSUTF8StringEncoding]);
} failure:^(NSURLSessionDataTask * _Nullable task, NSError * _Nonnull error) {

    NSLog(@"error---%@",error);
}];

  • 补充ATS（全称:App Transport Security）

    • iOS9中新增App Transport Security（简称ATS）特性, 让原来请求时候用到的HTTP，全部都转向TLS1.2协议进行传输。
    • 这意味着所有的HTTP协议都强制使用了HTTPS协议进行传输。
    • 如果我们在iOS9下直接进行HTTP请求是会报错。系统会告诉我们不能直接使用HTTP进行请求，需要在Info.plist中控制ATS的配置。
    • "NSAppTransportSecurity"是ATS配置的根节点，配置了节点表示告诉系统要走自定义的ATS设置。
    • "NSAllowsAritraryLoads"节点控制是否禁用ATS特性，设置YES就是禁用ATS功能;
    • 采用解决方法，修改配置信息。

      http Info.plist 修改配置信息.png
6.数据安全--加密解密效果

iOS数据安全-->base64、md5、AES、DES、RSA

学习本文之外可以参考
网络安全——数据的加密与签名,RSA介绍
关于Https安全性问题、双向验证防止中间人攻击问题

写在最后，
曾经的曾经，
明天的你,一定会感谢今天拼命努力的自己！
附上一张图：


一枚程序员 专用壁纸.png

脸 在哪~

时间有限，在这里还有好多地方 实战应用，没有总结写上，后续再做补充吧~
附上写的小样(Demo)
方法可直接拿走使用，如果你喜欢或有帮助，可否给个 Star

后续
学习总结-->GitHub(现在代码少点，总结好 待上传)、白开水ln-简书
不定时、持续更新、一些 学习心得与文章、实战应用~

我也是对所花费时间的一个总结,「学习总结，一劳永逸」。有不足或不对之处，乐听你的槽点(和❤️) ~ 关注菜鸟成长(简书专题)^_^. 我会不定时更新一些学习心得与文章；

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