Android异或加密以及遇到的小坑

1、为何要做数据加密

做过客户端的开发者应该知道，客户端数据的安全对公司来说绝对是头等重要的事情，毕竟数据是公司最有价值的东西。因此为了保证数据的安全，做客户端开发务必要做的事情就是数据加密。

要做数据加密自然离不开数据加密算法，说到加密算法，很多人自然会想到大名鼎鼎的OpenSSL开源库，OpenSSL提供了各种丰富的算法，OpenSSL包含对称加密算法、非对称加密算法、信息摘要算法。主流编程语言都提供了实现了当中大多数算法的API。

对称加密

OpenSSL一共提供了8种对称加密算法，其中7种是分组加密算法，仅有的一种流加密算法是RC4。这7种分组加密算法分别是AES、DES、Blowfish、CAST、IDEA、RC2、RC5，都支持电子密码本模式（ECB）、加密分组链接模式（CBC）、加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）四种常用的分组密码加密模式。其中，AES使用的加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）分组长度是128位，其它算法使用的则是64位。事实上，DES算法里面不仅仅是常用的DES算法，还支持三个密钥和两个密钥3DES算法。

非对称加密

OpenSSL一共实现了4种非对称加密算法，包括DH算法、RSA算法、DSA算法和椭圆曲线算法（EC）。DH算法一般用于密钥交换。RSA算法既可以用于密钥交换，也可以用于数字签名，当然，如果你能够忍受其缓慢的速度，那么也可以用于数据加密。DSA算法则一般只用于数字签名。

信息摘要

OpenSSL实现了5种信息摘要算法，分别是MD2、MD5、MDC2、SHA（SHA1）和RIPEMD。SHA算法事实上包括了SHA和SHA1两种信息摘要算法。此外，OpenSSL还实现了DSS标准中规定的两种信息摘要算法DSS和DSS1。

OpenSSL提供各种算法，基本上能满足开发中的需求。不过也可以使用一种更简单靠谱的加密方式，那就是本文的主角异或加密。

2、异或加密原理

异或运算法则

异或是一种数学的逻辑运算。口诀：相同为假，不同为真。

二进制表示如下：

0 ^ 0 = 0
0 ^ 1 = 1
1 ^ 0 = 1
1 ^ 1 = 0

例如：
x是二进制数0101，y是二进制数1011，
则 x ^ y = 1110，结果记为 m，
若要还原x，只需 m ^ y = 0101，结果就是 x，同样也可以还原 y。

根据例子得出如下公式：
x ^ y ^ y = x
或
x ^ y ^ x = y

由于第一个数与第二个数异或后结果为另外一个数，然后将结果再与第二个数异或之后结果有变为第一个数。

因此根据这一原理，可以将第二个数看作加密密钥，第一个数就是要加密的数据，2者进行异或之后，相当于将数据进行加密，再次与密钥进行异或后，数据被还原，相当于将数据进行解密。

在开发中也可以用这一原理，将2个变量的值进行交换。

3、代码实现异或加密

先看看Java的实现，其实很简单的：

final String keys = "a1234567890";

byte[] xor(byte[] text) {
    byte[] result = new byte[text.length];
    byte[] keyArray = keys.getBytes("UTF-8");
    byte key;
    int size = text.length;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        key = keyArray[i % keyArray.length];
        result[i] = (byte) (text[i] ^ key);
    }
    return result;
}

用法：调用一次可对数据加密，将结果数据作为参数传入再调用一次即对数据解密。

由于Java容易被反编译，为了提高算法以及密钥的安全性，推荐使用JNI实现：

先在Java中声明函数

public native byte[] xorByJNI(byte[] text);

然后在C/C++中实现函数

const char keys[] = "a1234567890";

extern "C"
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL
Java_me_am_payge_nativeprogram_MainActivity_ xorByJNI(
        JNIEnv* env,
        jobject /* this */,
        jbyteArray jText) {
    //std::string hello = "Hello from C++";

    char *chs;

    jbyte *bytes = env->GetByteArrayElements(jText, JNI_FALSE);
    size_t len = strlen((char *) bytes);
    chs = (char *) malloc(len);
    memcpy(chs, bytes, (size_t) len);

    char key;
    int index;
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        index = i % strlen(keys);
        key = keys[index];
        *chs = *chs ^ key;
        chs++;
    }
    chs = chs - len;
    jbyteArray result = env->NewByteArray(env->GetArrayLength(jText));
    env->SetByteArrayRegion(result, 0, env->GetArrayLength(jText), (const jbyte *) chs);
    env->ReleaseByteArrayElements(jText, bytes, 0);
    free(chs);
    return result;
}

不管是使用异或还是其他加密方式，对于Android应用来说，由于Java容易被反编译，为了数据的安全性更高，都应该使用JNI实现，还有密钥的安全性也很重要，可以先用非对称加密的私钥加密密钥后存储在服务端，然后通过网络获取加密的密钥，获取之后分段存储在客户端，需要使用时，将各分段拼接好，然后用公钥解密密钥得到真正的密钥，之后就能用此密钥加密数据了。

4、遇到的小坑

一开始函数实现是用String作为参数，返回值类型也是String，测试中发现中文字符串加密后再解密是乱码。
原因是中文字符的字节数据经过异或后会变成无效的UTF-8编码，然后将异或后的字节数据转String获取到错误的字符串，之后再解密该错误的字符串，所以就不能正确还原成原先的字符串。