序列化加密字段
在Coursera安全顶峰项目的验尸讨论中提出了一个疯狂的想法。 类可以在序列化期间自行加密吗?
这主要是学术上的“假设”练习。 很难想到这样一种情况,我们希望在持久性期间依靠对象自加密而不是使用显式加密机制。 我只能确定一种情况,我们不能简单地使类无法序列化:
HTTPSession钝化
Appserver可以钝化不活动的HTTPSession,以节省空间或将会话从一台服务器迁移到另一台服务器。 这就是会话应该只包含可序列化对象的原因。 (在可以安装在单个服务器上的小型应用程序中,通常会忽略此限制,但是如果需要扩展或扩展实现,则会导致问题。)
一种方法(也是首选方法?)是使会话在钝化过程中将自身写入数据库,并在激活过程中重新加载自身。 实际保留的唯一信息是重新加载数据所需的内容,通常只是用户ID。 这给HTTPSession实现增加了一些复杂性,但是有很多好处。 一个主要好处是确保敏感信息被加密很简单。
这不是唯一的方法,某些站点可能更喜欢使用标准序列化。 一些应用服务器可能会将“实时”会话的序列化副本的副本保留在H2等嵌入式数据库中。 谨慎的开发人员可能希望确保敏感信息在序列化期间进行加密,即使它永远不会发生。
注意:可以有一个很强的论点,那就是敏感信息不应首先出现在会话中–仅在必要时检索它,并在不再需要时安全地丢弃它。
该方法
我采用的方法基于有效Java中的序列化一章。 从广义上讲,我们希望使用序列化代理来处理实际的加密。 该行为是:
行动 | 方法 | 受保护的序列化类 | 序列化代理 |
---|---|---|---|
序列化 | writeReplace() | 创建代理 | 不适用 |
writeObject() | 抛出异常 | 将加密的内容写入ObjectOutputStream | |
反序列化 | readObject() | 从ObjectInputStream读取加密的内容 | |
readResolve() | 构造受保护的类对象 |
调用反序列化方法时,受保护的类引发异常的原因是,它防止了攻击者生成的序列化对象的攻击。 请参阅上述书籍中有关虚假字节流攻击和内部字段盗窃攻击的讨论。
这种方法有很大的局限性-如果没有子类重新实现代理,则无法扩展该类。 我认为这不是实际问题,因为该技术仅用于保护包含敏感信息的类,并且很少希望添加超出设计人员期望的方法的方法。
代理类处理加密。 下面的实现显示了使用随机盐(IV)和加密强消息摘要(HMAC)来检测篡改。
代码
public class ProtectedSecret implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private final String secret;/*** Constructor.* * @param secret*/public ProtectedSecret(final String secret) {this.secret = secret;}/*** Accessor*/public String getSecret() {return secret;}/*** Replace the object being serialized with a proxy.* * @return*/private Object writeReplace() {return new SimpleProtectedSecretProxy(this);}/*** Serialize object. We throw an exception since this method should never be* called - the standard serialization engine will serialize the proxy* returned by writeReplace(). Anyone calling this method directly is* probably up to no good.* * @param stream* @return* @throws InvalidObjectException*/private void writeObject(ObjectOutputStream stream) throws InvalidObjectException {throw new InvalidObjectException("Proxy required");}/*** Deserialize object. We throw an exception since this method should never* be called - the standard serialization engine will create serialized* proxies instead. Anyone calling this method directly is probably up to no* good and using a manually constructed serialized object.* * @param stream* @return* @throws InvalidObjectException*/private void readObject(ObjectInputStream stream) throws InvalidObjectException {throw new InvalidObjectException("Proxy required");}/*** Serializable proxy for our protected class. The encryption code is based* on https://gist.github.com/mping/3899247.*/private static class SimpleProtectedSecretProxy implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String secret;private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";private static final String HMAC_ALGORITHM = "HmacSHA256";private static transient SecretKeySpec cipherKey;private static transient SecretKeySpec hmacKey;static {// these keys can be read from the environment, the filesystem, etc.final byte[] aes_key = "d2cb415e067c7b13".getBytes();final byte[] hmac_key = "d6cfaad283353507".getBytes();try {cipherKey = new SecretKeySpec(aes_key, "AES");hmacKey = new SecretKeySpec(hmac_key, HMAC_ALGORITHM);} catch (Exception e) {throw new ExceptionInInitializerError(e);}}/*** Constructor.* * @param protectedSecret*/SimpleProtectedSecretProxy(ProtectedSecret protectedSecret) {this.secret = protectedSecret.secret;}/*** Write encrypted object to serialization stream.* * @param s* @throws IOException*/private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException {s.defaultWriteObject();try {Cipher encrypt = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);encrypt.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, cipherKey);byte[] ciphertext = encrypt.doFinal(secret.getBytes("UTF-8"));byte[] iv = encrypt.getIV();Mac mac = Mac.getInstance(HMAC_ALGORITHM);mac.init(hmacKey);mac.update(iv);byte[] hmac = mac.doFinal(ciphertext);// TBD: write algorithm id...s.writeInt(iv.length);s.write(iv);s.writeInt(ciphertext.length);s.write(ciphertext);s.writeInt(hmac.length);s.write(hmac);} catch (Exception e) {throw new InvalidObjectException("unable to encrypt value");}}/*** Read encrypted object from serialization stream.* * @param s* @throws InvalidObjectException*/private void readObject(ObjectInputStream s) throws ClassNotFoundException, IOException, InvalidObjectException {s.defaultReadObject();try {// TBD: read algorithm id...byte[] iv = new byte[s.readInt()];s.read(iv);byte[] ciphertext = new byte[s.readInt()];s.read(ciphertext);byte[] hmac = new byte[s.readInt()];s.read(hmac);// verify HMACMac mac = Mac.getInstance(HMAC_ALGORITHM);mac.init(hmacKey);mac.update(iv);byte[] signature = mac.doFinal(ciphertext);// verify HMACif (!Arrays.equals(hmac, signature)) {throw new InvalidObjectException("unable to decrypt value");}// decrypt dataCipher decrypt = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);decrypt.init(Cipher.DECRYPT_MODE, cipherKey, new IvParameterSpec(iv));byte[] data = decrypt.doFinal(ciphertext);secret = new String(data, "UTF-8");} catch (Exception e) {throw new InvalidObjectException("unable to decrypt value");}}/*** Return protected object.* * @return*/private Object readResolve() {return new ProtectedSecret(secret);}}
}
毋庸置疑,加密密钥不应如图所示进行硬编码或可能甚至进行缓存。 这是一条捷径,可以让我们专注于实施的细节。
密码和消息摘要应使用不同的密钥。 如果使用相同的密钥,则将严重损害系统的安全性。
任何生产系统中都应处理另外两件事:密钥轮换以及更改密码和摘要算法。 前者可以通过在有效负载中添加“密钥ID”来处理,后者可以通过绑定序列化版本号和密码算法来处理。 例如,版本1使用标准AES,版本2使用AES-256。 解串器应能够处理旧的加密密钥和密码(在合理范围内)。
测试码
测试代码很简单。 它创建一个对象,对其进行序列化,反序列化,然后将结果与原始值进行比较。
public class ProtectedSecretTest {/*** Test 'happy path'.*/@Testpublic void testCipher() throws IOException, ClassNotFoundException {ProtectedSecret secret1 = new ProtectedSecret("password");ProtectedSecret secret2;byte[] ser;// serialize objecttry (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutput output = new ObjectOutputStream(baos)) {output.writeObject(secret1);output.flush();ser = baos.toByteArray();}// deserialize object.try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(ser); ObjectInput input = new ObjectInputStream(bais)) {secret2 = (ProtectedSecret) input.readObject();}// compare values.assertEquals(secret1.getSecret(), secret2.getSecret());}/*** Test deserialization after a single bit is flipped.*/@Test(expected = InvalidObjectException.class)public void testCipherAltered() throws IOException, ClassNotFoundException {ProtectedSecret secret1 = new ProtectedSecret("password");ProtectedSecret secret2;byte[] ser;// serialize objecttry (ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutput output = new ObjectOutputStream(baos)) {output.writeObject(secret1);output.flush();ser = baos.toByteArray();}// corrupt ciphertextser[ser.length - 16 - 1 - 3] ^= 1;// deserialize object.try (ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(ser); ObjectInput input = new ObjectInputStream(bais)) {secret2 = (ProtectedSecret) input.readObject();}// compare values.assertEquals(secret1.getSecret(), secret2.getSecret());}
}
最后的话
我不能过分强调–这主要是一种智力活动。 像往常一样,最大的问题是密钥管理,而不是密码学,并且由于前者需要付出的努力,您可能可以更快地实现更传统的解决方案。
在某些情况下,这可能仍然“足够好”。 例如,您可能只需要在长时间运行的应用程序期间保留数据。 在这种情况下,您可以在启动时创建随机密钥,并在程序结束后直接丢弃所有序列化的数据。
- 源代码: https : //gist.github.com/beargiles/90182af6f332830a2e0e
翻译自: https://www.javacodegeeks.com/2015/06/auto-encrypting-serializable-classes.html
序列化加密字段