在安全领域,加密和解密是不可或缺的工具,在 Shiro 中,相关的代码位于以下 3 个 jar 包中:
加密和解密本身是一个庞大且专业领域,底层依赖于各种复杂的数学算法。在这个领域,很多算法涉及到国安问题,例如,美国国家安全局(NSA)参与制定了 AES(Advanced Encryption Standard) 和 SHA(Secure Hash Algorithm) 加密算法的标准。很明显,这些内容远远超出了本书的篇幅。因此,本书不对这些算法本身进行详细的解析,而是重点探讨 Shiro 是如何封装这些算法,并且整合到框架中的。
本章将讨论以下话题:
Shiro 把加密和解密操作封装成了服务,叫做 CipherService ,它是 cipher 包中的核心接口, CipherService 相关的继承结构如下图所示:
以下是每个类的功能描述(读者浏览即可,无需记忆):
类名 | 功能描述 |
---|---|
| 最顶层的接口,定义加密和解密服务的基础功能,这个接口中定义的方法非常简单,只有两个: encrypt(加密) 和 decrypt(解密) 。 |
| 抽象类,实现了 |
| 抽象实现类,继承自 |
| 继承自 |
| 实现了 Blowfish 加密算法的服务,提供了 Blowfish 算法的加解密操作支持。Blowfish 是一种快速、高效的对称分组加密算法,由密码学家 Bruce Schneier 于 1993 年设计。 |
| 实现 AES 加密算法的服务。AES(Advanced Encryption Standard,高级加密标准)是一种对称分组加密算法,由美国国家标准与技术研究院(NIST)于 2001 年发布,取代了较老的 DES(Data Encryption Standard)算法。AES 被认为是目前最安全、最有效的对称加密算法之一,并被广泛应用于各种安全应用场景。 |
CipherService 接口的定义非常简单,只有两个方法: encrypt
和 decrypt
,一个用来加密,一个用来解密。
在 Shiro 框架内部,AbstractRememberMeManager
中用到了 CipherService
,其中的关键代码如下(已省略无关代码):
/**
* 实现“记住我”功能的管理器,内部通过读写 cookie 来实现记住用户的功能。
* 由于 cookie 会被浏览器保存到客户端,所以对保存的信息需要进行加密处理。
*/
public AbstractRememberMeManager() {
//...
//注意这里,默认使用 AES 算法
AesCipherService cipherService = new AesCipherService();
this.cipherService = cipherService;
setCipherKey(cipherService.generateNewKey().getEncoded());
}
protected byte[] encrypt(byte[] serialized) {
byte[] value = serialized;
CipherService cipherService = getCipherService();
if (cipherService != null) {
//调用 cipherService 进行加密操作
ByteSource byteSource = cipherService.encrypt(serialized, getEncryptionCipherKey());
value = byteSource.getBytes();
}
return value;
}
protected byte[] decrypt(byte[] encrypted) {
byte[] serialized = encrypted;
CipherService cipherService = getCipherService();
if (cipherService != null) {
//调用 cipherService 进行解密操作
ByteSource byteSource = cipherService.decrypt(encrypted, getDecryptionCipherKey());
serialized = byteSource.getBytes();
}
return serialized;
}
JDK 从 v1.0 开始就内置了加密和解密工具,在 JDK v1.1 中又进一步做了升级,目前,这些工具都位于 javax.crypto 这个包中。
既然如此,为什么 Shiro 还要封装一套自己的 CipherService 呢?主要是为了方便开发者使用,虽然 JDK 已经内置了加密和解密工具类,但是这些 API 接口设计得比较复杂,以下举例进行对比:
特性 | Shiro CipherService | JDK Cipher |
---|---|---|
状态管理 | 无状态,每次调用独立
| 保留状态,需手动管理状态
|
线程安全 | 线程安全
| 线程不安全,需要开发者自己处理多线程问题
|
操作方式 | 单一操作,简单的加密和解密调用
| 支持分块处理,需管理加密/解密的状态
|
类型安全 | 针对不同算法有具体实现
| 只有一个通用的 Cipher 类
|
构造方式 | 简单,直接使用默认构造函数
| 复杂,需通过字符串参数的工厂方法进行创建
|
使用复杂度 | 易于理解和使用
| 对初学者不够友好,理解难度较高
|
应用场景 | 适合大多数开发者的快速加密/解密需求
| 适合需要更灵活控制和分块处理的高级用例
|
总之,使用 CipherService 可以让开发者更轻松地进行加密和解密,而无需深入掌握底层的复杂细节。
Shiro 中的 cipher 和 hash 这两个 jar 包是完全独立的,不依赖 Shiro 中的其它组件,这就意味着这两个 jar 包可以单独使用,如果 Java 开发者需要使用轻便的加密和解密服务,可以独立引入这两个 jar 包。
以下用一个最常见的例子来说明 CipherService 的用法,在用户登录后,为了保护用户身份信息,常常会进行加密操作,示例代码如下:
import org.apache.shiro.crypto.AesCipherService;
import org.apache.shiro.crypto.KeySource;
import org.apache.shiro.crypto.SimpleKeySource;
import org.apache.shiro.crypto.CipherService;
public class CipherServiceExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个 CipherService 实例
CipherService cipherService = new AesCipherService();
// 定义要加密的数据
String originalData = "Hello, World!";
// 生成一个随机密钥(可以使用安全的方式生成密钥)
byte[] key = cipherService.generateNewKey(128).getEncoded();
// 加密数据
byte[] encryptedData = cipherService.encrypt(originalData.getBytes(), key).getBytes();
// 打印加密后的数据(以十六进制显示)
System.out.println("Encrypted Data: " + bytesToHex(encryptedData));
// 解密数据
byte[] decryptedData = cipherService.decrypt(encryptedData, key).getBytes();
// 打印解密后的数据
System.out.println("Decrypted Data: " + new String(decryptedData));
}
// 辅助方法:将字节数组转换为十六进制字符串
private static String bytesToHex(byte[] bytes) {
StringBuilder hexString = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
String hex = Integer.toHexString(0xFF & b);
if (hex.length() == 1) {
hexString.append('0');
}
hexString.append(hex);
}
return hexString.toString();
}
}
Shiro 允许开发者配置自己的加密和解密算法,例如,在 AuthorizingRealm 的构造方法中,可以指定 CredentialsMatcher :
public AuthorizingRealm(CacheManager cacheManager, CredentialsMatcher matcher) {
super();
//...
//如果开发者传入了 matcher ,则使用开发者配置的 matcher 。
if (matcher != null) setCredentialsMatcher(matcher);
}
在 ShiroConfig.java 中,开发者可以为自定义的 Realm 指定加密和解密算法,示例代码如下:
// 创建自定义 Realm 实现(需要实现 Realm 接口)
MyRealm myRealm = new MyRealm();
// 设置密码匹配器
SimpleCredentialsMatcher matcher = new SimpleCredentialsMatcher();
matcher.setCipherService(cipherService);
// 配置密钥
matcher.setKey(secretKey.getEncoded());
myRealm.setCredentialsMatcher(matcher);
在使用 Shiro 框架的过程中,更常见的操作是在 ShiroConfig.java 中,给 CookieRememberMeManager 配置“加盐”:
public CookieRememberMeManager rememberMeManager() {
CookieRememberMeManager cookieRememberMeManager = new CookieRememberMeManager();
cookieRememberMeManager.setCookie(rememberMeCookie());
// 注意:密钥需要先手动生成好,存储到安全的地方,例如:数据库、配置文件等
// 然后这里用代码去读取生成好的密钥。
cookieRememberMeManager.setCipherKey(Base64.decode("fCq+/xW488hMTCD+cmJ3aQ=="));
//实际项目中,应该这样编写:封装一个 getCipherKey() 方法去读取预先生成好的密钥
//cookieRememberMeManager.setCipherKey(getCipherKey());
return cookieRememberMeManager;
}
Shiro 作为一款安全框架,提供了必不可少的加密和解密功能。它封装了一个 CipherService,帮助开发者更好地处理项目中的加密和解密需求。在 Shiro 中,与加密和解密相关的代码主要位于 cipher 和 hash 这两个独立的 jar 包中。这两个 jar 包不依赖于 Shiro 的其他组件,意味着 Java 开发者可以根据需要单独引入这两个 jar 包,从而获得轻便的加密和解密服务。对于加密和解密底层的概念和算法,推荐读者阅读相关的专业书籍。
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