使用Hutool在Java中實現FPE（Format Preserving Encryption）格式保留加密算法

FPE介紹

FPE(Format Preserving Encryption) 格式保留加密是一種格式保持與明文相同的加密方式，通常用于數據脫敏。

例如對于敏感的數據信息，如電話號碼（13位數字），FPE算法算法加依舊是13位數字，因此這種特性可以不用變更數據庫中字段格式，有利于傳播。

除了這些優點，還具有：

• 數據長度不變。加密前長度是N，加密后長度仍然是N
• 數據類型不變，加密前是數字類型，加密后仍然是數字類型。
• 加密過程可逆，加密后的數據可以通過密鑰解密還原原始數據。

注：此段引用自《大數據時代下的隱私保護（三）》

更詳細的介紹見：

• https://blog.csdn.net/scuLVLV/article/details/71191773
• https://anquan.baidu.com/article/193

算法實現

由于JDK（JRE）未提供的FPE實現，我們需要借助BouncyCastle庫來完成工作，首先當然是引入Hutool：

<dependency>

	<groupId>cn.hutool</groupId>

	<artifactId>hutool-all</artifactId>

	<version>5.7.12</version>

</dependency>

再引入BouncyCastle庫

<dependency>

	<groupId>org.bouncycastle</groupId>

	<artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>

	<version>1.69</version>

</dependency>

FF1算法實現

//?映射字符表，規定了明文和密文的字符范圍

BasicAlphabetMapper?numberMapper?=?new?BasicAlphabetMapper("0123456789");



//?初始化?aes?密鑰（隨機），長度必須是16bytes、24bytes或32bytes

byte[]?keyBytes?=?RandomUtil.randomBytes(16);



final?FPE?fpe?=?new?FPE(FPE.FPEMode.FF1,?keyBytes,?numberMapper,?

	//?Tweak是為了解決因局部加密而導致結果沖突問題，通常情況下將數據的不可變部分作為Tweak，null則使用默認長度全是0的bytes

	null);



String?phone?=?"13534534567";



//?加密

String?encrypt?=?fpe.encrypt(phone);

//?解密

String?decrypt?=?fpe.decrypt(encrypt);

FF3算法實現

//?映射字符表，規定了明文和密文的字符范圍

BasicAlphabetMapper?numberMapper?=?new?BasicAlphabetMapper("0123456789");



//?初始化?aes?密鑰（隨機）

byte[]?keyBytes?=?RandomUtil.randomBytes(16);



FPE?fpe?=?new?FPE(FPE.FPEMode.FF3_1,?keyBytes,?numberMapper,?

	??//?此處FF3規定tweak為56bit（即7bytes）

	??new?byte[7]);



String?phone?=?"13534534567";



//?加密

String?encrypt?=?fpe.encrypt(phone);

//?解密

String?decrypt?=?fpe.decrypt(encrypt);

相比于AES等加密算法，FPE增加BasicAlphabetMapper，即有限字母的字典表。

Alphabet：有限字母的字典表，并規定了輸出密文的范圍，例如對于手機號碼而言，是十進制純數字格式的，其Alphabet包括字符'0'-'9'。對于MAC地址而言，是十六進制數字格式，其Alphabet應該包括大寫英文字母的'A'-'E'和數字'0'-'9'在內的十六個字母。

注：此段引用自《大數據時代下的隱私保護（三）》

與掩碼屏蔽比較

除了FPE，也可以通過掩碼屏蔽方式完成數據脫敏工作，如手機號13912341234 -> 139****1234，不過這種脫敏并不可逆。

掩碼屏蔽同樣可以借助hutool完成：

//?139****1234

DesensitizedUtil.desensitized("13912341234",?DesensitizedUtil.DesensitizedType.MOBILE_PHONE)

兩種方式對比如下：

• 掩碼：不可逆，長度保持，字符不保持
• FPE ： 可逆， 長度保持，字符保持