业务开展过程中，系统通常会产生很多数据，这些数据可能分布在不同的机器上，甚至可能分布于不同的网络环境中；尤其是后者，不同网络之间数据如何安全传输？如果不同网络环境中的系统又是使用不同语言开发呢，例如 Python \ Java ?
我们考虑一个具体场景：云主机上部署爬虫爬取数据，专属网上部署业务系统，爬虫爬取的数据需要回传至业务系统。云主机多为 Linux 一般自带 Python，且 Python 处理文本方便快捷，我们使用 Python 编写爬虫；业务系统通常逻辑复杂数据量大，我们使用 Java 开发，业务系统提供公网域名及接口 ( HTTP 形式，HTTPS 更安全 ) 供数据回传使用。
由于数据回传后需要存储，即数据在加密后需要支持解密以便保存；因此数据加密我们只能选择对称加密。
对称加密通常有 DES\3DES\AES 等，相较于 DES 和 3DES 算法而言，AES 算法有着更高的速度和资源使用效率，安全级别也较之更高，被称为下一代加密标准。同时，Python 和 Java 两种语言都对 AES 有良好支持，因而对称加密选择 AES。
此外，数据加密后通常为二进制字节流，考虑到直接网络上传递二进制字节流被截取后能直接进行解密操作，我们可以简单编码此二进制字节流以增加破解难度。我们选择 BASE64 进行二进制字节流编码与解码；而且 Python 和 Java 两种语言对 BASE64 都有很好且高性能实现。
至此，加密传输方案基本确定，流程梳理如下：
- 发送方：–> Python
图片等 Bytes –> AES 加密 Bytes –> Base64 String -
接收方：–> Java
Base64 String –> Base64 解码 Bytes –> AES 解密 Bytes –> 图片等 Bytes
下面基于此方案分别进行 Python 和 Java 的实现。Java 中接收逻辑 — 首先进行 Base64 解码：
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/** * base 64解密 * 此处使用jdk8中Base64,性能高效 * * @param content 字符串 * @return byte[] 解码后byte数组 * */ public static byte[] decode(String content) { try { final Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder(); byte[] decodedBytes = decoder.decode(content); return decodedBytes; }catch (Exception e) { LOGGER.error(" decode Exception,",e); } return null; } |
解码后进行 AES 解密。Java 中 AES 支持 CBC，CFB，ECB，OFB，PCBC 等模式，Python 中支持 ECB，CFB，CTR 等模式，两种语言中无构建参数时默认均为 ECB 模式，填充为 PKCS5Padding。实践中 Java 的 AES 实现需要显式指定参数，Java 中 AES 解密关键代码如下：
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/** * AES/ECB/PKCS5Padding 解密 * @param content * @throws Exception */ public static byte[] aesPKCS5PaddingDecrypt(byte[] content) throws Exception { try { byte[] decodeBytes= content; Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//显式指出获得的模式 byte[] realKey=getSecretKey(password); //password为16位长字符串，如"60121a2174a7d60d" cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(realKey,"AES")); byte[] realBytes=cipher.doFinal(decodeBytes); return realBytes; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); throw new Exception("AES解密失败：Aescontent = " + e.fillInStackTrace(), e); } } |
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/** * 对密钥key进行处理：如密钥长度不够位数的则 以指定paddingChar 进行填充； * 此处用空格字符填充，也可以 0 填充，具体可根据实际项目需求做变更 * @param key * @return * @throws Exception */ public static byte[] getSecretKey(String key) throws Exception{ final byte paddingChar=' '; byte[] realKey = new byte[16]; byte[] byteKey = key.getBytes("UTF-8"); for (int i =0;i<realKey.length;i++){ if (i<byteKey.length){ realKey[i] = byteKey[i]; }else { realKey[i] = paddingChar; } } return realKey; } |
此处 Java 实现的 AES 解密，与一般的 Java 中 AES 解密有一定区别，具体代码区别暂不展开，有兴趣者可以自行查找比较。
Python 实现 AES 加密，然后 Base64 编码。Python 支持 AES 需要安装 PyCrypto，可以通过如下命令安装：
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sudo pip install pycrypto |
安装完成后，Python 中 AES 实现如下：
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from Crypto.Cipher import AES #aes加密byte[] #AES_KEY为16位长字符串，如"60121a2174a7d60d"，与java中的password一样，此处默认的即为ECB/PKCS5Padding模式 aes = AES.new(self.AES_KEY) #以下为PKCS5Padding的python实现，数据进行填充，确保长度为16的倍数 img = bytearray('a.jpg') #img为二进制数组，此处示例为图片本身数据 pad_len = 16 - (len(img) % AES.block_size) img += pad_len * chr(pad_len) #aes加密填充后的数据 imgAesBytes = aes.encrypt(img) |
Python 中 AES 加密后进行 Base64 编码：
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import base64 imgEncodestr = base64.b64encode(imgAesBytes) |
最后，通过 HTTP 请求，将 imgEncodestr 发送到j Java 服务提供接口即可，云应用产生数据加密传输至业务系统的跨语言实现 ( Python\Java ) 成功。
本文作者：周伟
