AES + RSA 混合加密方案

AES + RSA 混合加密方案

一、架构概览

核心思想：RSA 只用于密钥交换（传输 AES 密钥），AES-GCM 负责所有消息内容的加解密。非对称 + 对称混合，兼顾安全与性能。

二、算法参数

三、后端核心代码

3.1 工具类 —CryptoUtils.java

talk-common/src/main/java/com/talk/common/utils/CryptoUtils.java

// ========== RSA 密钥对生成 ==========publicstaticKeyPairgenerateRsaKeyPair(){returnSecureUtil.generateKeyPair("RSA",2048);}// ========== RSA-OAEP 加密（公钥加密 AES 密钥） ==========privatestaticfinalStringRSA_ALGORITHM="RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding";publicstaticStringrsaEncrypt(Stringdata,StringpublicKey){PublicKeykey=decodePublicKey(publicKey);Ciphercipher=Cipher.getInstance(RSA_ALGORITHM);OAEPParameterSpecspec=newOAEPParameterSpec("SHA-256","MGF1",MGF1ParameterSpec.SHA256,PSource.PSpecified.DEFAULT);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key,spec);byte[]encrypted=cipher.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));returnBase64.encode(encrypted);}// ========== AES-GCM 加密 ==========publicstaticStringaesEncrypt(Stringplaintext,StringaesKey){byte[]keyBytes=Base64.decode(aesKey);byte[]iv=newbyte[12];// 12字节随机 IVnewSecureRandom().nextBytes(iv);Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");GCMParameterSpecspec=newGCMParameterSpec(128,iv);// 128-bit Tagcipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,newSecretKeySpec(keyBytes,"AES"),spec);byte[]encrypted=cipher.doFinal(plaintext.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));// IV + 密文 拼接后 Base64byte[]result=newbyte[iv.length+encrypted.length];System.arraycopy(iv,0,result,0,iv.length);System.arraycopy(encrypted,0,result,iv.length,encrypted.length);returnBase64.encode(result);}

3.2 密钥交换 —CryptoController.java

talk-chat/src/main/java/com/talk/chat/controller/CryptoController.java

步骤 1：获取公钥

@GetMapping("/public-key")publicAjaxResult<KeyExchangeResponse>getPublicKey(){KeyPairkeyPair=CryptoUtils.generateRsaKeyPair();StringpublicKeyBase64=CryptoUtils.encodePublicKey(keyPair.getPublic());StringprivateKeyBase64=CryptoUtils.encodePrivateKey(keyPair.getPrivate());// 完整 SHA-256 指纹，防碰撞Stringfingerprint=DigestUtil.sha256Hex(publicKeyBase64);// 私钥存 Redis（10分钟 TTL），key = rsa_keypair:{fingerprint}redisTemplate.opsForValue().set(Constants.REDIS_RSA_KEY_PREFIX+fingerprint,privateKeyBase64,10,TimeUnit.MINUTES);returnAjaxResult.success(newKeyExchangeResponse(publicKeyBase64,fingerprint));}

步骤 2：交换 AES 密钥

@PostMapping("/exchange")publicAjaxResult<String>exchangeKey(@Valid@RequestBodyKeyExchangeRequestrequest){// 从 Redis 取私钥StringprivateKeyBase64=redisTemplate.opsForValue().get(Constants.REDIS_RSA_KEY_PREFIX+request.getFingerprint());// RSA 解密得到 AES 密钥StringaesKey=CryptoUtils.rsaDecrypt(request.getEncryptedAesKey(),privateKeyBase64);// AES 密钥存 Redis（30分钟 TTL），key = aes_key:{userId}:{keyId}StringkeyId=UUID.randomUUID().toString().replace("-","").substring(0,16);redisTemplate.opsForValue().set(Constants.REDIS_AES_KEY_PREFIX+userId+":"+keyId,aesKey,30,TimeUnit.MINUTES);// 用完即弃：删除 RSA 私钥redisTemplate.delete(Constants.REDIS_RSA_KEY_PREFIX+request.getFingerprint());returnAjaxResult.success(keyId);}

3.3 加密过滤器 —CryptoFilter.java

talk-framework/src/main/java/com/talk/framework/filter/CryptoFilter.java

触发条件：请求头X-Encrypted: true

三层安全校验：

① 时间戳校验 → |now - timestamp| < 5分钟（防过期请求） ② Nonce 校验 → Redis 查重，5分钟内不可重复（防重放） ③ AES 密钥 → 从 Redis 取，失效返回 401

@OverrideprotectedvoiddoFilterInternal(HttpServletRequestrequest,...){// 1. 时间戳容差校验（5分钟）longtimestamp=Long.parseLong(request.getHeader("X-Timestamp"));if(Math.abs(System.currentTimeMillis()-timestamp)>5*60*1000){returnerror("请求已过期");}// 2. Nonce 防重放（Redis 标记，5分钟 TTL）StringnonceKey="nonce:"+request.getHeader("X-Nonce");if(redisTemplate.hasKey(nonceKey)){returnerror("请求重复");// 检测到重放攻击}redisTemplate.opsForValue().set(nonceKey,"1",5,TimeUnit.MINUTES);// 3. 包装请求（解密）和响应（加密）CryptoRequestWrapperreqWrapper=newCryptoRequestWrapper(request,aesKey);CryptoResponseWrapperresWrapper=newCryptoResponseWrapper(response,aesKey);filterChain.doFilter(reqWrapper,resWrapper);resWrapper.finishResponse();// 加密响应体}

跳过加密的路径（shouldNotFilter）：/auth/、/crypto/、/upload/、/stream（SSE）、Swagger 文档等。

四、前端核心代码

4.1 加密工具 —crypto.js

talk-ui/src/api/crypto.js

// ========== AES-GCM 加密（Web Crypto API，浏览器原生） ==========exportasyncfunctionaesEncrypt(plaintext,aesKeyBase64){constkeyBytes=base64ToArrayBuffer(aesKeyBase64)constkey=awaitcrypto.subtle.importKey('raw',keyBytes,{name:'AES-GCM'},false,['encrypt'])constiv=crypto.getRandomValues(newUint8Array(12))// 12字节随机 IVconstencoded=newTextEncoder().encode(plaintext)constencrypted=awaitcrypto.subtle.encrypt({name:'AES-GCM',iv},key,encoded)// IV + 密文 拼接constresult=newUint8Array(iv.length+encrypted.byteLength)result.set(iv,0)result.set(newUint8Array(encrypted),iv.length)returnarrayBufferToBase64(result.buffer)}// ========== RSA-OAEP 加密（JSEncrypt 库）==========exportfunctionrsaEncrypt(data,publicKeyPem){constencryptor=newJSEncrypt()encryptor.setPublicKey(base64ToPem(publicKeyPem,'PUBLIC'))encryptor.setOptions({encryptionScheme:'pkcs1_oaep',// OAEP 填充，与后端一致signingScheme:'pkcs1v15'})returnencryptor.encrypt(data)}

4.2 密钥交换流程

exportasyncfunctionexchangeKeys(){// ① 获取服务端 RSA 公钥const{publicKey,fingerprint}=awaitfetchPublicKey()// ② 本地生成 AES-128 密钥constaesKey=awaitgenerateAesKey()// ③ RSA-OAEP 加密 AES 密钥，发送给服务端constencryptedAesKey=rsaEncrypt(aesKey,publicKey)constkeyId=awaitsendEncryptedAesKey(fingerprint,encryptedAesKey)// ④ 内存保存（不持久化，每次登录重新交换）tokenManager.setCryptoKey(keyId,aesKey)}

4.3 请求自动加解密 —request.js拦截

talk-ui/src/api/request.js

// 请求加密：自动注入 X-Encrypted / X-Key-Id / X-Nonce / X-Timestampconst{encrypted,headers}=awaitencryptRequest(requestData)// encrypted = { keyId: "xxx", data: "Base64密文" }// 响应解密：自动检测 EncryptedPayload 格式并解密constdecrypted=awaitdecryptResponse(data)

4.4 密钥生命周期 —token-manager.js

talk-ui/src/api/token-manager.js

// 内存存储（不持久化到 Storage）setCryptoKey(keyId,aesKey)// 登录后调用getCryptoKey()// 返回 { keyId, aesKey }clearCryptoKey()// 退出登录时清除// 退出登录时自动清除clearTokens(){cryptoKeyId=null;// 密钥随登录态一起销毁cryptoAesKey=null;}

五、Redis Key 设计

六、安全措施总结

七、涉及文件清单