Spring aop+反射实现电话号加密

加密算法

为什么需要加密呢？就好比战争时期特工在进行传输情报的时候，如果将情报明文直接通过某种媒介传输给同盟人员，那么一旦情报被地方截取，就会酿成大祸。如果将明文通过某种加密算法加密成杂乱无章的密文，即使被敌方截获，没有对应的解密算法，也很难识别出其中的明文。安全传输领域，加密算法是一种很常用的手段，它可以保证数据不被窃取和泄漏，还可以保证数据的完整性，不被篡改。

常见的加密算法有对称加密，非对称加密，单向加密（签名）等分类。其中对称加密算法，加密密钥和解密密钥是同一个，因此发送发和接收方都需要维护一个相同的密钥，如果密钥要修改，双方都需要同时修改。非对称加密算法中，发送发用公钥进行加密，接收方用私钥进行解密。单向加密算法是对传输的数据生成一个签名，通过这个签名来验证数据在传输过程中是否被篡改过，一般是不可逆的。

AES

• AES 加密算法是一种对称加密算，加密密钥和解密密钥是同一个。它采用对称分组密码体制，最少支持长度为128位的加密。涉及到分组加密，padding填充，初始向量IV，密钥，四种加密模式。
• 分组加密就是将原文分割成一段段的分别进行加密，每段分组长度为128位16个字节，如果最后一组长度不足128位，则采用padding填充模式将其补齐到128位。然后对每组进行加密，最后组成最终密文。
• padding填充是为了解决分组后的长度不足128位的场景。填充模式也有多种不同模式，比如PKCS5, PKCS7和NOPADDING。其中PKSC5是指分组后缺少几个字节，就在后面填充几个字节的几，比如缺少2个字节，就在后面填充2个字节的2。PKCS7是指缺少几个字节，就在后面填充几个字节的0，比如缺少5个字节，就填充5个字节的0。NOPADDING模式就是不需要填充。如果最后面刚好是16个字节的16，那么解密方不知道是填充数据还是真实数据，因此会在后面再补16个字节的16来区分。
• 初始向量IV是为了保证数据的安全性，如果我们对同一段内容进行加密后，所生成的密文应该是相同的，那么这样就很容易通过密文分析出哪些段是相同的。比如原文分组后成为ABCADE,加密后的密文是GHIGJK,那么很容易看出那两段内容是相同的。第一个分组在初始加密向量的基础上进行加密，以后的每一个分组都在前一个分组加密的结果为基础进行加密，从而保证了即使相同的原文段，也不会生成相同的密文段。
• 密钥是加密和解密公用的一个，它一般是128位16个字节长度的随机字符串，分组后的原文都用同一个密钥进行加密。
• 加密模式包含ECB，CBC, CFB, OFB等四种模式。ECB分别对每个分组进行加密，相同的明文会被加密成相同的密文。CBC模式会使用上一段的加密结果作为加密向量，相同的原文不会被加密成相同的密文。

MD5

MD5算法是一种不可逆的签名算法，对相同的输入通过MD5散列函数处理后，会输出相同的信息。因此MD5可以验证传输的数据是否有被篡改，但是如果窃密者对明文进行了修改后，再使用MD5算法进行散列，接收方将无法判断明文已经被修改了。一般数据库存储用户密码会将密码使用MD5进行处理。

HMAC-MD5

HMAC-MD5由一个H函数和一个密钥组成，一般我们采用的散列函数为Md5或者SHA-1。HMAC-MD5算法就是采用密钥加密+Md5信息摘要的方式形成新的密文。

AOP

众所周知，AOP(面向切面编程)是Spring一个重要特性，它将核心关注点和业务逻辑进行解耦，将业务无关的逻辑提取出来作为公共模块进行处理。它有切点，切面，连接点，通知的概念。切点就是我们可以织入切面的点，切面就是我们要织入的横切逻辑，通知包含前置通知，后置通知，返回通知，异常通知，环绕通知等。

1. 引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <version>1.16.18</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-context</artifactId>
    <version>5.2.8.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-aop</artifactId>
    <version>5.2.8.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.aspectj</groupId>
    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
    <version>1.9.5</version>
</dependency>

2. 业主信息类、业主信息服务类

@Data
@AllArgsConstructor
public class CustomerInfo {

    private String name;

    private String phoneNum;
}

@Service
public class CustomerInfoService {

    @PhoneEncryptionForList(fields = "phoneNum", clazz = CustomerInfo.class)
    public List<CustomerInfo> listCustomerInfo() {
        return Arrays.asList(
                new CustomerInfo("小王", "15112368569"),
                new CustomerInfo("小李", "13652298565"),
                new CustomerInfo("小武", "18965653698"),
                new CustomerInfo("小天", "13192558569")
        );
    }
}

3. 电话号加密注解，电话号加密切面类

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface PhoneEncryptionForList {

    /**
     * 加密字段
     *
     * @return
     */
    String[] fields();

    /**
     * 加密对象类型
     *
     * @return
     */
    Class<?> clazz();
}

@Aspect
@Component
public class PhoneEncryptionForListAspect {

    private static final int PHONE_SIZE = 11;

    @AfterReturning(value = "@annotation(com.zzq.spring.phone.encryption.PhoneEncryptionForList)", returning = "result")
    public void doEncrypt(JoinPoint joinPoint, Object result) {
        if (result == null || !(result instanceof List)) {
            System.out.println("result class type is not list, annotation is invalid");
            return;
        }

        List list = (List) result;
        if (CollectionUtils.isEmpty(list)) {
            return;
        }

        // 获取注解的属性值
        Method method = ((MethodSignature) joinPoint.getSignature()).getMethod();
        PhoneEncryptionForList annotation = method.getAnnotation(PhoneEncryptionForList.class);
        String[] fields = annotation.fields();
        Class<?> clazz = annotation.clazz();

        for (String field : fields) {
            try {
                // 反射获取实体类加密字段相应的 set 和 get 方法
                char[] chars = field.toCharArray();
                chars[0] = (char) (chars[0] - 32);
                String setMethodName = "set" + new String(chars);
                String getMethodName = "get" + new String(chars);
                Method getMethod = clazz.getDeclaredMethod(getMethodName);
                Method setMethod = clazz.getDeclaredMethod(setMethodName, String.class);

                for (Object obj : list) {
                    doEncryptPhone(getMethod, setMethod, obj);
                }
            } catch (Exception e) {
                System.out.println(field + " encrypt exception, " + e.getMessage());
                continue;
            }
        }
    }

    private static void doEncryptPhone(Method getMethod, Method setMethod, Object obj) throws Exception {
        // 反射调用 get 方法
        String originalPhone = (String)getMethod.invoke(obj);
        if (!StringUtils.hasText(originalPhone) || originalPhone.length() != PHONE_SIZE) {
            System.out.println("phone field value is blank or formal error");
            return;
        }

        String encryptedPhone = originalPhone.replaceAll("(\\d{3})\\d{4}(\\d{4})","$1****$2");
        // 反射调用 set 方法
        setMethod.invoke(obj, encryptedPhone);
    }
}

4. 测试类

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan("com.zzq.spring.phone.encryption")
public class TestApplication {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(TestApplication.class);

        CustomerInfoService customerInfoService = ctx.getBean(CustomerInfoService.class);
        List<CustomerInfo> afterPhoneEncryptCustomerInfos = customerInfoService.listCustomerInfo();

        afterPhoneEncryptCustomerInfos.forEach(customerInfos -> {
            System.out.println(customerInfos);
        });
    }
}

5. 结果和总结

该加密注解只简单实现了电话号加密，注解中还可以新增一些属性扩展注解功能，比如增加加密字段格式加密规则的正则表达式的属性值，这样加密的字段类型（手机号、身份证等）和方式（中间多少位加密、首位加密）就可以根据具体需求处理。

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