基于3DES和RSA的Android系統短信加密設計與實現

馬玉琢+郭玉翠

摘要：Android系統作為開源的系統，受到越來越多的青睞，同時其安全性及用戶的隱私也受到了極大的考驗。本文提出了一種針對短信隱私保護的加密方案。從Android系統的整體架構及分層思想出發，通過對3DES對稱加密算法及RSA非對稱加密算法的原理進行分析與研究，提出了一種新型的針對Android系統的混合加密算法的短信加密方案，詳細地介紹了具體的實現過程。使用Android模擬器進行的收發仿真實驗，證明了短信加密方案的可行性。

關鍵詞：Android系統；3DES算法；RSA算法；短信息；加解密

引言

自從Google2007年推出Android操作系統以來，該系統以開源的優勢迅速占領市場，但安全性也越來越受到重視。短信是人們使用較為頻繁的業務，然而短信的安全性面臨很多威脅，一些不法分子將用戶發送的短信進行攔截，竊聽短信，盜取用戶信息進行詐騙等活動。目前對于短信的安全問題有很多研究，張宇斯提出了基于RSA加密算法的短信加密方案；方傳蔚等人提出了基于3DES的短信加密方案；徐德志等人提出了在“ELGamal”加密體制基礎上針對GSM短消息系統的公開密鑰加密方案等。然而現有的加密方案大多僅限于對短信內容進行加密，且對稱加密算法的密鑰保密困難，非對加密算法加密速度慢。本文選取Android系統的短信加密作為研究方向，將非對稱加密算法和對稱加密算法進行結合，設計了基于3DES和RSA混合加密算法的短信加密方案，將短信內容和密鑰分別進行加密，達到了雙重加密的效果，綜合發揮了兩種算法的優點，又避免了各自的缺點。

1Android的系統架構

Android其本質就是在Linux系統上增加了Java虛擬機Dalvik，并在Dalvik虛擬機上搭建了一個Java的application framework，所有的應用程序都是基于Java的application framework之上。

Android的系統架構采用了分層架構的思想，從上層到底層共包括四層，分別是應用程序層、應用框架層、系統庫、Android運行時和Linux內核。

應用程序層提供一些核心應用程序包，通常用Java語言編寫，Java程序及相關資源經過編譯后，生成一個APK包。

應用程序框架層是從事Android開發的基礎，為應用程序層的開發者提供了API，它實際上是一個應用程序的框架，很多核心應用程序也是通過這一層來實現其核心功能的。

系統庫是應用程序框架的支撐，是連接應用程序框架層與Linux內核層的重要紐帶。Android的核心系統服務如安全性、內存管理、進程管理、網路協議以及驅動模型都依賴于Linux內核。

本文的短信加密方案是基于Android系統的應用程序層進行設計的，調用了部分應用程序框架層的API，采用Java語言進行的實現。

2 3DES和RSA混合加密算法簡述

2.1 3DES加密算法

3DES加密算法是一種對稱加密算法，加密和解密使用相同的密鑰，使用3條64位的密鑰對數據進行三次加密，加密速度快。

具體實現如下：設Ek（）和Dk（）代表DES算法的加密和解密過程，K代表DES算法使用的密鑰，M代表明文，s代表密表，

3DES加密過程為：S=Ek3（Dk2（Fk1（M））），

3DES解密過程為：M=Dkl（（EK2（Dk3（s）））。

2.2 RSA加密算法

RSA是一種非對稱加密算法，加密和解密使用不同的密鑰，將兩個大素數的乘積公開作為加密密鑰，即公鑰，而兩個大素數組合成私鑰，將兩個大素數相乘十分容易，但對其乘積進行因式分解卻極其困難，任何人都可對明文進行加密，但只有被授權的用戶，即擁有私鑰的用戶才可對密文解密，所以RSA方法可以具有很好的加密效果。

2.3 3DES和RSA混合加密算法

3DES對稱加密算法的加密速度快，但由于加解密鑰相同，所以密鑰需要通過私密信道傳送給對方，泄露的風險較大。RSA非對稱加密算法強度復雜、安全性高，但由于RSA算法需要進行大整數的乘冪和求模處理，所以其效率較低，不適合大量數據的加密。

本文擬采用3DES和RSA混合加密算法進行加解密，即采用對稱的3DES算法加密短信數據，采用非對稱的RSA算法加密3DES的密鑰。這樣密鑰不需要使用私密信道發送，又提高了整體的加密速度，發揮了3DES和RSA加密算法的優點又避免了各自的缺點，實現了一種新型的混合加密短信的方案。

具體過程如下：假設A是短信發送方，B是短信接收方，B在本地產生RSA密鑰對，將RSA公鑰通過WIFI等途徑拷貝給A；A在本地輸入3DES密鑰，使用3DES密鑰對明文短信進行加密，再使用RSA公鑰對3DES密鑰進行加密，并將加密后的密鑰和密文短信一同傳送給B；B用本地的RSA私鑰解密出3DES密鑰，并用3DES密鑰對接收到的密文短信進行解密，得到的數據即為A所發送的明文短信。

流程圖如下：

3短信加密實現

在Eclipse中建立工程，AndroidManifest.xml中添加短信的讀寫權限。啟動兩個模擬器，系統自動給這兩個模擬器分配號碼，默認前綴為1555521，啟動的模擬器是5554和5556。將工程運行在兩個模擬器中，5556為短信發送方，5554為短信接收方。

3.1短信發送方

實現步驟：

（1）輸入電話號碼，短信內容。

（2）輸入自定義的24位3DES密鑰，并對明文短信運用3DES加密算法進行加密。

（3）從對方拷貝的RSA公鑰文件中讀取RSA公鑰，對3DES密鑰運用RSA加密算法進行加密。

（4）將密文短信以及加密過的密鑰一同調用系統API以短信的形式發送到接收方。

具體實現結果：

（1）輸人手機號碼：5554

（2）輸入短信內容：happy new year and bestwishes to you.

（3）輸入24位的明文密鑰：ml a2y3u425h6u708 12345678

（4）3DES算法加密后的密文短信：G56pHPqWjRZ6Sb3cTzFDEwfKwZcj+cWFb4dpSJSd9/R4yKGylsd7ow

（5）RSA算法加密后的密鑰結果：Y42XUo5nkoZJuTes6mMw7SRnz3DYR8i/T1ioMl08wKhtBB ldZVyhLvXq0KfhntUr07LbM3T+azCgypK8HDXl3BEm2bUtUeR890gY3BSOILM9R104C60dhISmC5+bUNnh5bPOi+XBfOtUkur7e2HIl2Jd3hrq0TEXL69mcoTncQ=

（6）運行界面：

3.2短信接收方

具體實現步驟：

（1）監聽短信，當短信數據庫發生變化時，獲取新接收到的短信。短信收件箱的URL：content：//sms/inbox，使用SQL語句查詢數據庫中的信息，查詢Id、address、date、body等字段，即獲取到短信內容。

（2）對短信內容進行分解，分解成密文短信和密文密鑰。

（3）獲取本地所生成的RSA私鑰，對密文密鑰運用RSA解密算法進行解密，得到明文密鑰。

（4）使用明文密鑰運用3DES解密算法對密文短信進行解密，得到明文短信并顯示出來。

（5）運行結果界面：

4結語

本文設計并實現了一種基于Android系統的3DES和RSA混合加密短信的方案。其中3DES密鑰為用戶手動輸入的24位密鑰，實現了一次一密，提高了短信加密的安全性。將兩種算法進行混合，充分的發揮了3DES對稱加密算法速度快、效率高和RSA非對稱加密算法破解難度大、安全性高的優點。并且在Android模擬器上對短信加密方案進行了實現和驗證。