【老马】如何从零开始实现加密机服务 java 技术栈

前言

你是否存在这样的苦恼，数据需要安全存储，但是每个系统大家自己写，很浪费时间。

所以老马一直想实现一套完整的加密机解决方案。

本文主要梳理下如何从零开始实现加密机服务。

整体思路

一、架构设计与技术选型

分层架构模型

接口层：基于Spring Boot构建RESTful API，支持HTTPS双向认证（需集成KeyStore密钥库）

核心服务层：通过Java Cryptography Architecture（JCA）实现加密引擎，采用SPI机制扩展算法

密钥管理层：实现三层密钥结构（主密钥→工作密钥→会话密钥），结合HSM硬件模块实现密钥生成与存储

存储层：使用Redis集群缓存高频密钥，MySQL持久化密钥元数据，采用TDE透明加密技术保护存储介质

二、加密算法实现要点

1. 对称加密实现

   • 使用Cipher类实现AES-256-GCM，需配置SecureRandom生成真随机IV
       [java]

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     Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
     cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new GCMParameterSpec(128, iv));
     

   • SM4算法需集成BouncyCastle Provider，通过Security.addProvider()动态加载

2. 非对称加密与签名

   • RSA密钥对生成采用KeyPairGenerator，密钥长度≥2048位
   • SM2数字签名需实现国密规范SM2-with-SM3，参考《GM/T 0003.2-2012》
       [java]

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     Signature signature = Signature.getInstance("SM3withSM2", "BC");
     signature.initSign(privateKey);
     signature.update(data);
     byte[] sign = signature.sign();
     

3. 密钥协商协议

   • 实现ECDH密钥交换协议，支持P-256和SM2椭圆曲线
   • 会话密钥派生使用HKDF算法，避免密钥重用

三、密钥全生命周期管理

1. 生成与存储

   • 主密钥通过HSM硬件生成并加密存储，工作密钥由主密钥加密后存入数据库
   • Java实现密钥托管服务：
       [java]

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     KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
     keyGen.init(256, new SecureRandom());
     SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();
     Cipher cipher = Cipher.getInstance("AESWrap");
     cipher.init(Cipher.WRAP_MODE, masterKey);
     byte[] wrappedKey = cipher.wrap(secretKey);  // 密钥包装
     

2. 轮换与销毁

   • 定时任务自动触发密钥轮换，旧密钥标记为DEPRECATED状态
   • 密钥销毁执行NIST SP 800-88标准，内存清零+物理存储覆写

四、安全合规实现

1. 国密标准适配

2. 审计与溯源

拓展阅读

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项目	介绍
sensitive-word	高性能敏感词核心库
sensitive-word-admin	敏感词控台，前后端分离
sensitive	高性能日志脱敏组件
auto-log	统一日志切面组件，支持全链路traceId
encryption-local	离线加密机组件
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拓展阅读

【老马】离线版金融敏感信息加解密组件开源项目encryption-local

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小结

希望这个项目可以帮助到你。喜欢的话，可以给原作者一个 star 鼓励一下！

我是老马，期待与你的下次重逢~

参考资料

• 前言
• 整体思路
  • 一、架构设计与技术选型
  • 二、加密算法实现要点
    • 三、密钥全生命周期管理
  • 四、安全合规实现
• 拓展阅读
  • 项目推荐
  • 拓展阅读
• 小结
• 参考资料