详解Android使用Socket对大文件进行加密传输

前言

数据加密，是一门历史悠久的技术，指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。它的核心是密码学。

数据加密目前仍是计算机系统对信息进行保护的一种最可靠的办法。它利用密码技术对信息进行加密，实现信息隐蔽从而起到保护信息的安全的作用。

项目中使用Socket进行文件传输过程时，需要先进行加密。实现的过程中踏了一些坑，下面对实现过程进行一下总结。

DES加密

由于加密过程中使用的是DES加密算法，下面贴一下DES加密代码:

 //秘钥算法
 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
 //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式
 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";
 //秘钥
 private static final String KEY = "12345678";//DES秘钥长度必须是8位

 public static void main(String args[]) {
  String data = "加密解密";
  KLog.d("加密数据：" + data);
  byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes());
  KLog.d("加密后的数据：" + new String(encryptData));
  byte[] decryptData = decrypt(encryptData);
  KLog.d("解密后的数据：" + new String(decryptData));
 }

 public static byte[] encrypt(byte[] data) {
  //初始化秘钥
  SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM);

  try {
   Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
   cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
   byte[] result = cipher.doFinal(data);
   return Base64.getEncoder().encode(result);
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }
  return null;
 }

 public static byte[] decrypt(byte[] data) {
  byte[] resultBase64 = Base64.getDecoder().decode(data);
  SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM);

  try {
   Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
   cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
   byte[] result = cipher.doFinal(resultBase64);
   return result;
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }
  return null;
 }

输出：

加密数据：加密解密

加密后的数据：rt6XE06pElmLZMaVxrbfCQ==

解密后的数据：加密解密

Socket客户端部分代码：

 Socket socket = new Socket(ApiConstants.HOST, ApiConstants.PORT);
 OutputStream outStream = socket.getOutputStream();

 InputStream inStream = socket.getInputStream();
 RandomAccessFile fileOutStream = new RandomAccessFile(file, "r");
 fileOutStream.seek(0);
 byte[] buffer = new byte[1024];
 int len = -1;
 while (((len = fileOutStream.read(buffer)) != -1)) {
  outStream.write(buffer, 0, len); // 这里进行字节流的传输
 }

 fileOutStream.close();
 outStream.close();
 inStream.close();
 socket.close();

Socket服务端部分代码：

 Socket socket = server.accept();
 InputStream inStream = socket.getInputStream();
 OutputStream outStream = socket.getOutputStream();
 outStream.write(response.getBytes("UTF-8"));
 RandomAccessFile fileOutStream = new RandomAccessFile(file, "rwd");
 fileOutStream.seek(0);
 byte[] buffer = new byte[1024];
 int len;
 while ((len = inStream.read(buffer)) != -1) { // 从字节输入流中读取数据写入到文件中
  fileOutStream.write(buffer, 0, len);
 }

 fileOutStream.close();
 inStream.close();
 outStream.close();
 socket.close();

数据加密传输

下面对传输数据进行加密解密

方案一：直接对io流进行加密解密

客户端变更如下：

 while (((len = fileOutStream.read(buffer)) != -1)) {
  outStream.write(DesUtil.encrypt(buffer) ,0, len); // 对字节数组进行加密
 }

服务端变更代码：

 while ((len = inStream.read(buffer)) != -1) {
  fileOutStream.write(DesUtil.decrypt(buffer), 0, len); // 对字节数组进行解密
 }

执行代码后，服务端解密时会报如下异常：

javax.crypto.BadPaddingException: pad block corrupted

猜测错误原因是加密过程会对数据进行填充处理，然后在io流传输的过程中，数据有丢包现象发生，所以解密会报异常。

加密后的结果是字节数组，这些被加密后的字节在码表（例如UTF-8 码表）上找不到对应字符，会出现乱码，当乱码字符串再次转换为字节数组时，长度会变化，导致解密失败，所以转换后的数据是不安全的。

于是尝试了使用NOPadding填充模式，这样虽然可以成功解密，测试中发现对于一般文件，如.txt文件可以正常显示内容，但是.apk等文件则会有解析包出现异常等错误提示。

方案二：使用字符流

使用Base64 对字节数组进行编码，任何字节都能映射成对应的Base64 字符，之后能恢复到字节数组，利于加密后数据的保存于传输，所以转换是安全的。同样，字节数组转换成16 进制字符串也是安全的。

由于客户端从输入文件中读取的是字节流，需要先将字节流转换成字符流，而服务端接收到字符流后需要先转换成字节流，再将其写入到文件。测试中发现可以对字符流成功解密，但是将文件转化成字符流进行传输是个连续的过程，而文件的写出和写入又比较繁琐，操作过程中会出现很多问题。

方案三：使用CipherInputStream、CipherOutputStream

使用过程中发现只有当CipherOutputStream流close时，CipherInputStream才会接收到数据，显然这个方案也只好pass掉。

方案四：使用SSLSocket

在Android上使用SSLSocket的会稍显复杂，首先客户端和服务端需要生成秘钥和证书。Android证书的格式还必须是bks格式（Java使用jks格式）。一般来说，我们使用jdk的keytool只能生成jks的证书库，如果生成bks的则需要下载BouncyCastle库。

当以上所有的一切都准备完毕后，如果在Android6.0以上使用你会悲催的发现下面这个异常：

javax.net.ssl.SSLHandshakeException: Handshake failed

异常原因：SSLSocket签名算法默认为DSA，Android6.0（API 23）以后KeyStore发生更改，不再支持DSA，但仍支持ECDSA。

所以如果想在Android6.0以上使用SSLSocket，需要将DSA改成ECDSA...org感觉坑越入越深看不到底呀...于是决定换个思路来解决socket加密这个问题。既然对文件边传边加密解密不好使，那能不能客户端传输文件前先对文件进行加密，然后进行传输，服务端成功接收文件后，再对文件进行解密呢。于是就有了下面这个方案。

方案五：先对文件进行加密，然后传输，服务端成功接收文件后再对文件进行解密

对文件进行加密解密代码如下：

public class FileDesUtil {
 //秘钥算法
 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
 //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式
 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";
 private static final byte[] KEY = {56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63};//DES 秘钥长度必须是8 位或以上

 /**
  * 文件进行加密并保存加密后的文件到指定目录
  *
  * @param fromFile 要加密的文件 如c:/test/待加密文件.txt
  * @param toFile 加密后存放的文件 如c:/加密后文件.txt
  */
 public static void encrypt(String fromFilePath, String toFilePath) {
  KLog.i("encrypting...");

  File fromFile = new File(fromFilePath);
  if (!fromFile.exists()) {
   KLog.e("to be encrypt file no exist!");
   return;
  }
  File toFile = getFile(toFilePath);

  SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY, KEY_ALGORITHM);
  InputStream is = null;
  OutputStream out = null;
  CipherInputStream cis = null;
  try {
   Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
   cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
   is = new FileInputStream(fromFile);
   out = new FileOutputStream(toFile);
   cis = new CipherInputStream(is, cipher);
   byte[] buffer = new byte[1024];
   int r;
   while ((r = cis.read(buffer)) > 0) {
    out.write(buffer, 0, r);
   }
  } catch (Exception e) {
   KLog.e(e.toString());
  } finally {
   try {
    if (cis != null) {
     cis.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   try {
    if (is != null) {
     is.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   try {
    if (out != null) {
     out.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }

  KLog.i("encrypt completed");
 }

 @NonNull
 private static File getFile(String filePath) {
  File fromFile = new File(filePath);
  if (!fromFile.getParentFile().exists()) {
   fromFile.getParentFile().mkdirs();
  }
  return fromFile;
 }

 /**
  * 文件进行解密并保存解密后的文件到指定目录
  *
  * @param fromFilePath 已加密的文件 如c:/加密后文件.txt
  * @param toFilePath 解密后存放的文件 如c:/ test/解密后文件.txt
  */
 public static void decrypt(String fromFilePath, String toFilePath) {
  KLog.i("decrypting...");

  File fromFile = new File(fromFilePath);
  if (!fromFile.exists()) {
   KLog.e("to be decrypt file no exist!");
   return;
  }
  File toFile = getFile(toFilePath);

  SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY, KEY_ALGORITHM);

  InputStream is = null;
  OutputStream out = null;
  CipherOutputStream cos = null;
  try {
   Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
   cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
   is = new FileInputStream(fromFile);
   out = new FileOutputStream(toFile);
   cos = new CipherOutputStream(out, cipher);
   byte[] buffer = new byte[1024];
   int r;
   while ((r = is.read(buffer)) >= 0) {
    cos.write(buffer, 0, r);
   }
  } catch (Exception e) {
   KLog.e(e.toString());
  } finally {
   try {
    if (cos != null) {
     cos.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   try {
    if (out != null) {
     out.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   try {
    if (is != null) {
     is.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }

  KLog.i("decrypt completed");
 }
}

使用如上这个方案就完美的绕开了上面提到的一些问题，成功的实现了使用Socket对文件进行加密传输。

总结

对于任何技术的使用，底层原理的理解还是很有必要的。不然遇到问题很容易就是一头雾水不知道Why！

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。