Spring Boot + Vue 基于 RSA 的用户身份认证加密机制实现

周全全2024-11-22 21:41

Spring Boot + Vue 基于 RSA 的用户身份认证加密机制实现

什么是RSA？

RSA算法是一种非对称加密算法，与对称加密算法不同的是,RSA算法有两个不同的密钥,一个是公钥,一个是私钥

RSA公开密钥密码体制是一种使用不同的加密密钥与解密密钥，"由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的"密码体制

在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK

正是基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要

安全需求介绍

背景：在安全扫描过程中，系统被检测到存在中危漏洞，影响了用户登录环节的信息安全性

漏洞描述

Web程序在处理用户登录过程中，针对用户名和口令在传输前未采用加密。用户名和口令一旦被恶意攻击者嗅探或暴力破解得到后，可以直接利用它去登录系统。

解决方案：建议对用户名、口令等参数值采用强加密算法，如SHA512、RSA、AES、国密算法等，避免使用MD5、Base64、DES、3DES等弱算法。

问题分析：未加密的敏感信息在传输过程中易被拦截，尤其是在公共网络环境下。这使得系统的认证机制成为攻击目标，存在较高的安全隐患

需求实现：

  1. 在前端使用安全加密算法对用户名和密码进行加密，防止信息裸露传输

  2. 后端解密用户信息并进行验证，同时保障传输数据的完整性与安全性

前后端交互流程

基于RSA加密的登录流程，Web端和服务端的交互过程详细步骤：

  1. 用户发起登录请求：

    • 用户在Web端输入登录操作，Web端开始处理登录流程

    • Web端向服务端发送一个请求，要求获取RSA加密所需的公钥

  2. 服务端返回公钥：

    • 服务端接收到公钥请求后，从系统中读取公钥信息，并将公钥发送回Web端。这个步骤的响应无需校验

  3. Web端加密用户凭据：

    • Web端使用获取到的公钥，对用户的用户名和密码进行加密。加密后的数据用于安全传输，避免敏感信息在网络中被截获

    • Web端将加密后的用户名和密码通过HTTPS协议发送给服务端。HTTPS协议提供了额外的安全层，防止中间人攻击

  4. 服务端解密并验证：

    • 服务端接收到加密的数据后，使用私钥对加密内容进行解密。私钥是严格保密的，只在服务端保存和使用
    • 服务端对解密后的用户名和密码进行验证，检查凭据是否正确并符合登录要求

  5. 返回登录结果：

    • 服务端验证完成后，将登录验证的结果返回给Web端。结果可以是登录成功或失败的信息

  6. Web端处理响应：

    • Web端接收并处理服务端返回的登录结果，并显示相应的提示或进行后续操作

前端使用 RSA 加密密码

在前端 Vue.js 中，使用 jsencrypt 库对用户名密码进行加密，并将加密后的用户名密码发送给后端

安装 jsencrypt库

在Vue.js 项目中运行以下命令来安装 jsencrypt：

bash 复制代码 
npm install jsencrypt --save

实现敏感信息加密

在 Vue.js 登录页面中，对敏感信息进行加密，然后发送给后端：

javascript 复制代码 
// 引入 jsencrypt 和 Base64 编码库
import JSEncrypt from 'jsencrypt';
// 需要安装 js-base64 库
import { Base64 } from 'js-base64'; 

export default {
  data() {
    return {
      username: '', // 用户输入的用户名
      password: ''  // 用户输入的密码
    };
  },
  methods: {
    /**
     * 使用 RSA 公钥加密字符串
     * @param {string} str - 需要加密的字符串
     * @returns {string|null} - 加密后的字符串，若失败返回 null
     */
    encryptString(str) {
      // 初始化 JSEncrypt
      const encrypt = new JSEncrypt();
      // 设置公钥
      const publicKey = `
        -----BEGIN PUBLIC KEY-----
        ...公钥内容...
        -----END PUBLIC KEY-----
      `;
      encrypt.setPublicKey(publicKey);

      // 加密字符串并返回加密结果
      return encrypt.encrypt(str);
    },

    /**
     * 用户登录逻辑
     */
    login() {
      // 获取用户输入的用户名和密码
      const username = this.username.trim(); // 去除多余空格
      const password = this.password.trim();

      // 验证用户名和密码是否为空
      if (!username || !password) {
        this.$message.error('用户名或密码不能为空'); // 提示用户
        return;
      }

      // 加密用户名和密码
      const encryptedUsername = this.encryptString(username);
      const encryptedPassword = this.encryptString(password);

      // 验证加密是否成功
      if (!encryptedUsername || !encryptedPassword) {
        this.$message.error('加密失败，请检查公钥配置');
        return;
      }

      // Base64 编码的主要作用是将加密后的数据转换成由可见 ASCII 字符组成的字符串，以便在网络传输或存储时避免因特殊字符引发的兼容性问题
      const base64EncodedUsername = Base64.encode(encryptedUsername);
      const base64EncodedPassword = Base64.encode(encryptedPassword);

      // 发送登录请求到后端
      this.$axios.post('/api/login', {
        username: base64EncodedUsername, // 加密后的用户名
        password: base64EncodedPassword  // 加密后的密码
      }).then(response => {
        // 登录成功后的处理逻辑
        if (response.data.success) {
          this.$message.success('登录成功');
          // 跳转到主页面或其他逻辑
        } else {
          this.$message.error(response.data.message || '登录失败');
        }
      }).catch(error => {
        // 请求失败的处理逻辑
        console.error('登录请求失败:', error);
        this.$message.error('登录失败，请稍后重试');
      });
    }
  }
};

服务器端生成RSA的公私钥文件

Windows环境 生成rsa的公私钥文件

  1. 安装 OpenSSL ：下载并安装 OpenSSL for Windows，可以从 OpenSSL 官网 下载适合的版本。

  2. 生成 RSA 私钥：

    • 在安装目录的bin目录下面，打开命令提示符（cmd）

    • 运行以下命令生成一个2048位的私钥文件 private_key.pem：

      bash 复制代码 
      openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

  3. 生成 RSA 公钥：

    • 使用生成的私钥来提取公钥，运行以下命令：

      bash 复制代码 
      openssl rsa -pubout -in private_key.pem -out public_key.pem

​

Linux环境 生成rsa的公私钥文件

使用RSA算法生成pem格式的私钥文件，指定密钥长度2048

bash 复制代码 
openssl genpkey -algorithm RSA -out private_key.pem -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

使用RSA算法在上述私钥文件基础上生成pem格式的公钥文件

bash 复制代码 
openssl rsa -pubout -in private_key.pem -out public_key.pem

执行完成后，会看到输出两份文件 private_key.pem, public_key.pem。

后端代码实现

返回给前端的公钥接口

将生成的两份密钥文件放入指定的目录中，然后在配置文件中配置公私钥文件所属路径

java 复制代码 
 /**
     * 获取公钥
     */
    @GetMapping("/getPublicKey")
    public AjaxResult getPublicKey() {
        // 加载资源
        File file = new File("公钥的文件所属路径");
        if (!file.exists()) {
            throw new BusinessException("未获取到指定公钥文件");
        }

        String publicKey;
        try (InputStream inputStream = Files.newInputStream(file.toPath())) {
            publicKey = IOUtils.toString(inputStream, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (IOException e) {
            log.error("读取公钥文件失败", e);
            // 返回错误信息
            return AjaxResultGenerator.error("读取公钥文件失败");
        }

        // 检查 publicKey 是否为 null 或空字符串
        if (publicKey == null || publicKey.isEmpty()) {
            return AjaxResultGenerator.error("公钥内容为空");
        }

        // 删除PEM格式的头部和尾部以及所有空格、换行符
        publicKey = publicKey.replace("-----BEGIN PUBLIC KEY-----", "")
                .replace("-----END PUBLIC KEY-----", "")
                .replaceAll("\\s+", "");

        return AjaxResultGenerator.success(publicKey);
    }

解密前端传入的加密字符串

前端的账户和密码进行rsa加密并且base64编码后，调用正常登录接口login()，readPrivateKeyAndDecode()方法将 RSA 加密并 Base64 编码的字符串解码后，再用 RSA 私钥对解码后的数据进行解密，最终返回解密后的原始数据

pom.xml

xml 复制代码 
<dependency>
	<groupId>cn.hutool</groupId>
	<artifactId>hutool-all</artifactId>
	<version>5.8.26</version>
</dependency>

登录和解密方法

java 复制代码 
 /**
     * 用户名密码登录
     *
     * @param loginBody 登录信息
     * @return 结果
     */
    @PostMapping("/v1/login")
    public AjaxResult login(@RequestBody LoginBody loginBody) {

        // 使用 RSA 私钥解密
        String username = readPrivateKeyAndDecode(loginBody.getUsername());
        String password = readPrivateKeyAndDecode(loginBody.getPassword());

        loginBody.setUsername(username);
        loginBody.setPassword(password);

 	    // 执行正常的登录逻辑...
        return AjaxResultGenerator.success();
    }

    /**
     * 读取私钥并解密
     *
     * @param rsaEncoded64Str 已rsa加密并且base64编码后的字符串
     * @return
     */
    public String readPrivateKeyAndDecode(String rsaEncoded64Str) {
        // 加载资源
        File file= new File("私钥的文件所属路径");
        if (!file.exists()) {
            throw new BusinessException("未获取到指定私钥文件");
        }

        String privateKey;
        try (InputStream inputStream = Files.newInputStream(file.toPath())) {
            privateKey = IOUtils.toString(inputStream, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (IOException e) {
            log.error("读取私钥文件失败", e);
            throw new BusinessException("读取私钥文件失败：" + e.getMessage());
        }

        if (StringUtils.isBlank(privateKey)) {
            throw new BusinessException("私钥内容为空");
        }

        // 删除PEM格式的头部和尾部以及所有空格、换行符
        privateKey = privateKey.replace("-----BEGIN PRIVATE KEY-----", "")
                .replace("-----END PRIVATE KEY-----", "")
                .replaceAll("\\s+", "");

        // 进行base64解密
        String decodedUsername = new String(Base64.getDecoder().decode(rsaEncoded64Str));

        // 使用 RSA 私钥解密,用到了hutool-all中的类
        return new RSA(privateKey, null)
                .decryptStr(decodedUsername, KeyType.PrivateKey);
    }

实现效果

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