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签名校验就是用来检查一个请求或数据包是否被篡改，是否在传输过程中被更改过。

工作原理：

1. 创建签名：

   • 客户端或发送方通过某种加密算法（例如 HMAC）计算消息的“签名”。
   • 计算签名时，客户端会使用私有的密钥和消息本身的内容一起计算，生成一段加密字符串（签名）。

   这个签名是基于消息内容和密钥生成的，意味着如果消息内容发生了任何变化，签名也会变化。

String message = "City=Shanghai&Temperature=30";
String secretKey = "mySecretKey";
String signature = HMAC.calculateHMAC(message, secretKey);  // 计算签名

发送签名：

• 客户端将生成的签名和数据一起发送给服务器。
• 例如，客户端可能会发送一个包含数据和签名的请求：

Data: City=Shanghai&Temperature=30
Signature: d13b2e4f5c29a8de75a3b1b68eaf7e57c7b4f9f95cc27b228c7d9fa38d0d4978

校验签名：

• 服务器收到请求后，会使用与客户端相同的算法和密钥（如果是对称加密的话）重新计算消息的签名。
• 然后，服务器将重新计算的签名与客户端发送的签名进行对比。

如果两者相同，说明消息在传输过程中没有被篡改，且是客户端发送的合法请求；如果不同，说明消息的内容可能被篡改过。

String calculatedSignature = HMAC.calculateHMAC("City=Shanghai&Temperature=30", "mySecretKey");
if (!calculatedSignature.equals(receivedSignature)) {throw new SecurityException("Signature validation failed! Data might be tampered.");
}

签名的作用：

1. 防止篡改： 如果数据在传输过程中被修改，签名就会不匹配，从而发现数据被篡改。
2. 身份验证： 如果签名匹配，服务器可以确信数据是由客户端发送的，并且数据没有被篡改。
3. 确保数据完整性： 签名能保证接收到的数据和发送的数据是一模一样的。

如果攻击者获得了客户端的密钥，并知道签名所用的加密算法和参数，那么他们就有可能伪造有效的请求。签名的安全性依赖于密钥的保密性，因此保护好密钥是防止伪造请求的关键。

1. 加密存储密钥

使用 Android Keystore 存储密钥

Android 提供了 Keystore 系统，它允许你存储加密密钥并对其进行加密操作，而不直接暴露密钥本身。使用 Keystore 可以确保密钥不会被泄露，因为密钥是存储在安全硬件中。

import android.security.keystore.KeyGenParameterSpec;  // 导入密钥生成参数规范类，用于指定密钥的属性和使用方式
import android.security.keystore.KeyProperties;  // 导入密钥属性类，用于定义加密算法和密钥用途
import android.util.Base64;  // 导入 Base64 编解码工具类import javax.crypto.Cipher;  // 导入用于加解密操作的类
import javax.crypto.KeyGenerator;  // 导入密钥生成器类，用于生成对称加密密钥
import javax.crypto.SecretKey;  // 导入对称密钥类，代表加密和解密所用的密钥
import java.security.KeyStore;  // 导入密钥库类，用于存储密钥
import java.security.NoSuchAlgorithmException;  // 导入异常类，用于处理没有对应加密算法的错误
import java.security.cert.CertificateException;  // 导入证书异常类，用于处理证书相关错误public class KeyStoreExample {private static final String KEY_ALIAS = "MyAppKeyAlias";  // 定义密钥的别名，用于在 KeyStore 中查找该密钥private KeyStore keyStore;  // 声明 KeyStore 实例变量，用于访问 Android KeyStore// 构造方法，初始化 KeyStore 实例public KeyStoreExample() throws Exception {keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");  // 获取 AndroidKeyStore 实例keyStore.load(null);  // 加载 KeyStore（null 表示加载默认配置）}// 创建密钥并保存到 Keystore 中public void createKey() throws Exception {// 创建 KeyGenerator 实例，用于生成密钥KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore");// 初始化 KeyGenerator，并指定密钥用途和加密方式keyGenerator.init(new KeyGenParameterSpec.Builder(KEY_ALIAS, KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT | KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)  // 设置密钥别名和用途（加密、解密）.setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_GCM)  // 设置块模式为 GCM（Galois/Counter Mode），用于加密.setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_NONE)  // 设置加密填充方式为无填充.build()  // 创建密钥生成参数配置对象);keyGenerator.generateKey();  // 根据配置生成密钥并存储在 KeyStore 中}// 使用 Keystore 中的密钥进行加密操作public String encryptData(String inputData) throws Exception {// 从 KeyStore 中获取存储的密钥SecretKey key = (SecretKey) keyStore.getKey(KEY_ALIAS, null);// 创建 Cipher 实例，用于执行加密操作Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");  // 使用 AES 加密算法，块模式为 GCM，且无填充cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);  // 初始化 Cipher 为加密模式，并使用 Keystore 中的密钥// 获取初始化向量（IV），它是 GCM 模式中必需的byte[] iv = cipher.getIV();// 执行加密操作，输入数据被加密为字节数组byte[] encryption = cipher.doFinal(inputData.getBytes());  // 将输入数据转换为字节数组并进行加密// 将加密后的数据和 IV 合并，并用 Base64 编码方便传输return Base64.encodeToString(encryption, Base64.DEFAULT) + ":" + Base64.encodeToString(iv, Base64.DEFAULT);}// 使用 Keystore 中的密钥进行解密操作public String decryptData(String encryptedData) throws Exception {// 将加密后的数据和 IV 从传输字符串中分离String[] parts = encryptedData.split(":");  // 分割加密数据和 IVbyte[] encryption = Base64.decode(parts[0], Base64.DEFAULT);  // 对加密数据进行 Base64 解码byte[] iv = Base64.decode(parts[1], Base64.DEFAULT);  // 对 IV 进行 Base64 解码// 从 KeyStore 中获取存储的密钥SecretKey key = (SecretKey) keyStore.getKey(KEY_ALIAS, null);// 创建 Cipher 实例，用于执行解密操作Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");  // 使用 AES 加密算法，块模式为 GCM，且无填充// 初始化 Cipher 为解密模式，并使用获取的 IVcipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new GCMParameterSpec(128, iv));  // 使用 IV 创建 GCMParameterSpec 以便解密// 执行解密操作，恢复原始数据byte[] original = cipher.doFinal(encryption);  // 解密数据// 将解密后的字节数组转换为字符串并返回return new String(original);  // 将字节数组转换为字符串并返回}
}

代码解释：

• KeyStore 是用于存储和管理密钥的 Android 系统组件。
• KeyGenParameterSpec.Builder 用来创建密钥生成的配置，确保密钥只能用于加密和解密操作。
• Cipher 用来执行加密和解密。加密后数据和 IV 会一起存储，解密时需要使用同样的 IV。

Cipher 是 Java 和 Android 中用于加密和解密数据的类。它是 javax.crypto.Cipher 类的一部分，提供了一种方法来执行加密和解密操作，支持多种加密算法和模式。

Cipher 类的作用：

1. 加密：使用对称加密算法（例如 AES、DES 等）将明文数据转化为加密后的密文。
2. 解密：使用相同的算法和密钥将加密后的密文还原为明文数据。

GCM（Galois/Counter Mode）是一种加密模式，它结合了加密和认证功能，用于确保数据的机密性和完整性。GCM 是基于计数器模式（CTR）的，并使用一个额外的认证标签来验证数据是否在传输过程中被篡改。

主要特点：

1. 加密性（Confidentiality）：像其他加密模式一样，GCM 用于加密数据，确保只有授权的接收者能够读取数据内容。
2. 完整性（Integrity）：GCM 还提供认证功能，确保加密的数据在传输过程中没有被篡改。认证标签用于验证数据的完整性。

工作原理：

GCM 模式结合了加密和认证的功能，具体步骤如下：

1. 加密：使用计数器模式（CTR）对数据进行加密。CTR 模式每次使用一个不同的计数器值（IV + nonce）来生成密钥流，将明文与密钥流进行异或操作，得到密文。
2. 认证：同时计算认证标签（Authentication Tag），这个标签是通过对加密数据和一些附加数据（如头信息等）进行特定的数学操作（Galois 域上的乘法）来生成的，确保数据在传输过程中没有被篡改。

2. 密钥管理

密钥的定期更换

定期更换密钥是防止密钥长期泄露的有效措施。密钥的更换可以通过引入新的密钥别名来完成。

示例代码：

public void rotateKey() throws Exception {// 删除旧密钥（如果有的话）if (keyStore.containsAlias(KEY_ALIAS)) {keyStore.deleteEntry(KEY_ALIAS);  // 删除旧密钥}// 创建新密钥createKey();
}

通过 rotateKey() 方法，我们可以删除旧的密钥，并创建一个新的密钥。定期更换密钥可以降低密钥泄露后的风险。

3. 密钥保护的传输

使用 HTTPS 保护传输

在客户端和服务器之间传输密钥或密钥加密的数据时，使用 HTTPS 来加密整个通信通道，以防止密钥和其他敏感数据在传输过程中被中间人窃取。

// 使用 OkHttp 发起 HTTPS 请求
OkHttpClient client = new OkHttpClient();
Request request = new Request.Builder().url("https://secure.example.com/endpoint").addHeader("Authorization", "Bearer your-token").build();client.newCall(request).enqueue(new Callback() {@Overridepublic void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {// 处理响应}@Overridepublic void onFailure(Call call, IOException e) {// 处理失败}
});

在客户端，OkHttp 默认会使用 HTTPS 协议来加密数据传输，确保中间人无法篡改或窃取传输的数据。

4. 结合时间戳和随机数

为进一步增加安全性，可以在每个请求中加入时间戳和随机数（nonce）来防止重放攻击。每个请求都必须包含唯一的时间戳和随机数，以确保每个请求都是唯一的。

public String generateRequestSignature(String data, long timestamp, String nonce) {String input = data + timestamp + nonce;return calculateSignature(input);
}private String calculateSignature(String input) {try {MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");byte[] hash = digest.digest(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return Base64.encodeToString(hash, Base64.DEFAULT);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {e.printStackTrace();return "";}
}

代码解释：

• 使用时间戳和随机数作为加密数据的一部分。
• 使用 SHA-256 算法生成签名，确保请求的完整性和唯一性。

总结：

密钥保护的关键是存储安全、管理安全和传输安全：

1. 加密存储密钥：使用 Android Keystore、硬件安全模块（HSM）等保护密钥。
2. 密钥管理：定期轮换密钥，并确保每个密钥的生命周期受到有效管理。
3. 加密传输：使用 HTTPS 协议确保密钥和加密数据在网络传输中不被泄露。
4. 防止重放攻击：结合时间戳和随机数（nonce）等技术，防止攻击者伪造请求。

密钥保护

使用 HTTPS

使用短期有效的令牌（Token）

签名结合时间戳

Nonce（随机数）机制

双向认证（Mutual Authentication）