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

FPE介绍

FPE(Format Preserving Encryption) 格式保留加密是一种格式保持与明文相同的加密方式，通常用于数据脱敏。

例如对于敏感的数据信息，如电话号码（13位数字），FPE算法算法加依旧是13位数字，因此这种特性可以不用变更数据库中字段格式，有利于传播。

除了这些优点，还具有：

• 数据长度不变。加密前长度是N，加密后长度仍然是N
• 数据类型不变，加密前是数字类型，加密后仍然是数字类型。
• 加密过程可逆，加密后的数据可以通过密钥解密还原原始数据。

注：此段引用自《大数据时代下的隐私保护（三）》

更详细的介绍见：

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

算法实现

由于JDK（JRE）未提供的FPE实现，我们需要借助BouncyCastle库来完成工作，首先当然是引入Hutool：

<dependency>
	<groupId>cn.hutool</groupId>
	<artifactId>hutool-all</artifactId>
	<version>5.7.12</version>
</dependency>

再引入BouncyCastle库

<dependency>
	<groupId>org.bouncycastle</groupId>
	<artifactId>bcprov-jdk15to18</artifactId>
	<version>1.69</version>
</dependency>

FF1算法实现

// 映射字符表，规定了明文和密文的字符范围
BasicAlphabetMapper numberMapper = new BasicAlphabetMapper("0123456789");

// 初始化 aes 密钥（随机），长度必须是16bytes、24bytes或32bytes
byte[] keyBytes = RandomUtil.randomBytes(16);

final FPE fpe = new FPE(FPE.FPEMode.FF1, keyBytes, numberMapper, 
	// Tweak是为了解决因局部加密而导致结果冲突问题，通常情况下将数据的不可变部分作为Tweak，null则使用默认长度全是0的bytes
	null);

String phone = "13534534567";

// 加密
String encrypt = fpe.encrypt(phone);
// 解密
String decrypt = fpe.decrypt(encrypt);

FF3算法实现

// 映射字符表，规定了明文和密文的字符范围
BasicAlphabetMapper numberMapper = new BasicAlphabetMapper("0123456789");

// 初始化 aes 密钥（随机）
byte[] keyBytes = RandomUtil.randomBytes(16);

FPE fpe = new FPE(FPE.FPEMode.FF3_1, keyBytes, numberMapper, 
	  // 此处FF3规定tweak为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，并规定了输出密文的范围，例如对于手机号码而言，是十进制纯数字格式的，其Alphabet包括字符’0′-‘9’。对于MAC地址而言，是十六进制数字格式，其Alphabet应该包括大写英文字母的’A’-‘E’和数字’0’-‘9’在内的十六个字母。

注：此段引用自《大数据时代下的隐私保护（三）》

与掩码屏蔽比较

除了FPE，也可以通过掩码屏蔽方式完成数据脱敏工作，如手机号13912341234 -> 139****1234，不过这种脱敏并不可逆。

掩码屏蔽同样可以借助hutool完成：

// 139****1234
DesensitizedUtil.desensitized("13912341234", DesensitizedUtil.DesensitizedType.MOBILE_PHONE)

两种方式对比如下：

• 掩码：不可逆，长度保持，字符不保持
• FPE ： 可逆， 长度保持，字符保持