Cocos2d-x 资源加密解密实践总结

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本文针对的是cocos2d-x 3.4 版本进行研究。

做加密解密的思路

加密解密算法的简单介绍

首先，加密解密应当是1个单独的话题，1般不会触及具体使用的引擎、框架和技术。

加密算法有Base64，DES等。

Base64的原理类似于凯撒密码，啥是凯撒密码呢，就是1个字符用另外一个字符来代替。

比如：a用i代替，b用k代替，以此类推。加密和解密的进程就是1个相互映照的进程。

DES是1种使用密钥的加密算法。

DES和Base64这类无密钥的算法在使用上的区分是：

DES算法本身是可以不保密的，只要保密密钥便可，密钥才是解密的关键。

Base64如果用于加密的话，算法本身就是密钥。要保密算法。

MD5，SHA等是摘要算法。

Base64，DES都可以把密文还原出明文。

而MD5，SHA则不能对算法作用后的输出还原出原始数据。

摘要算法1般做身份验证。

我们做资源加密是要选择能把密文还原出明文的算法。

设计自己的加密解密算法

这属于密码学的内容了，可深可浅。

可以鉴戒凯撒密码的原理自己对每一个字节的内容进行映照来加密。

也能够对1字节，2字节，4字节的数据，用某个数进行异或运算来加密。

异或的特性是，用数A对内容B进行异或得到内容C，再用数A对内容C异或可以得到内容B。

这个特性可以被用来加密。同时，数A的作用就是密钥了。

设计的加密算法不同，加密算法的使用的接口也不同。

如果是用上面的2种思路做加密算法的话，加密算法的实现可以“in place”操作，

就是可以直接在密文所在的内存进行解密，不单独分配内存来保存解密后的数据。

如果加密算法很复杂，没法“就地还原”，就需要新申请内存来保存解密数据。

固然，履行速度1般是”就地还原“快。

我觉得，如果可以的话，最好是自己设计加密算法。

使用现成的DES之类的算法，密钥是关键。

如果是自己设计1个用密钥加密的算法，密钥和算法本身都是不公然的。

破解者要获得资源明文要经过以下步骤：

1.在程序中找到密钥的常量。

2.看懂反出来的汇编还原出算法，或想办法利用加密算法的汇编代码。

其中步骤2会加大解密者解密的难度，这是自己设计加密算法比用现成的DES之类著名算法的好处。

加密解密的应用机制

我见过有1些人加密是对字段内容进行加密。

比如，他用xml保存数据，他只对保存的值进行加密。

内容类似这样 <Entity Hp = "密文" AttackValue = "密文" >

这其实不是1种好的应用加密的方式，由于这类方式会：

1.流露程序的配置文件结构。XML、json等。

2.流露了程序可能使用的数据结构。看以上内容可料想Entity实体类有2个字段，Hp（血量），AttackValue（攻击力）

更完全的加密方式是，对全部xml、json等文件进行加密。

这样他人就不会知道关于你的数据的1丁点信息。

这类做法不是直接用数据解析库封装的类似LoadFile的函数直接读取文件。

而是，先把加密文件用文件读取方法读入内存，在内存解密后，再把解密数据传给解析库的解析函数。

这类做法要求解析库有对内存进行解析的接口。

比如，若用XML解析库，就会弃用LoadFile，要求有Parse方法。

有1种情况可能没法对全部数据文件进行加密。

就是使用sqlite等数据库的时候，这时候候只能对字段进行加密了。

有些人设计加密机制会要求配置程序本身。

比如：程序需要1个配置（1个开关变量或条件编译）来决定是不是对资源进行解密。

发布时，把资源都加密好，开出发序对资源的解密。

开发时，资源没必要加密，屏蔽程序对资源的解密。

这类做法需要来回设置解密开关，比较繁琐。

有1种实现思路更有扩大性、更灵活、使用更方便。

那就是自己设计文件头。

熟习Win32编程的人可能会知道PE文件格式。

Windows运行1个exe之前，会检查PE文件头，

获得EXE文件的数据常量、代码区块等信息后，系统才能正确履行1个EXE。

我们可以设计1个加密文件头，加密文件头有1个字段标识该文件是不是是被加密过的。

解密算法可以通过判断加密头的标识符来决定是不是进行解密、采取哪一种解密算法等。

这是1种数据驱动式的解密机制，解密信息都保存在加密数据本身中。

对没有被加密过的数据，程序判断没有文件加密头标识，就不履行解密。

这样，程序可以同时读取未加密的数据和已加密的数据，而不需要对程序进行任何修改。

注意：加密头的标识符应当足够特殊，保证和未加密的数据不会产生冲突。

若未加密的数据恰好出现了加密头的内容，那末程序就会对未加密的数据进行解密。

在Cocos2d-x 中做加密解密的研究进程

我的项目配置是用CSV文件。解析器，用的是我自己写的CSV解析器：

《CSV文件格式解析器的实现：从字符串Split到FSM》

在游戏中这部份的解密，比较容易实现，就是对全部文件加密，

游戏启动时把加密文件读入内存进行解密，然后把解密数据传到解析器进行解析。

1些由游戏产生的需要保存的数据，我用XML进行保存。加解密思路也如上。

但是，对图片、动画，粒子、cocostudio1.6导出的UI 等数据，加密就不那末简单了。

由于，像 Sprite::create 这样的接口，并没有提供1个从内存获得纹理数据来初始化精灵的方式，

而是直接从磁盘文件中读。用户在外部是没法干预文件数据的读取载入的。

游戏资源的加密要怎样做？――只有修改引擎了。- -！

我觉得，修改引擎其实不是1个好的做法。

引擎应当由引擎提供商来保护，而不是靠用户自己来动手。

用户自己动手会造成项目保护升级困难。

自己把引擎改得乱78糟，想升级引擎到新的版本会变成很麻烦。

就算是修改了1点，升级引擎版本1次，就要做1次修改，这样也很麻烦。

要修改引擎，首先要跟踪调试，

以cocos2d-x 3.4 作为实验版本，从Sprite::create入口，1步步跟下去，

看看引擎是在哪里载入文件数据的。

经过调试跟踪，Sprite::create的调用堆栈以下：

getData

FileUtilsWin32::getDataFromFile

Image::initWithImageFile

TextureCache::addImage

Sprite::initWithFile

Sprite::create

在windows上，精灵载入图片，是调用到了

CCFileUtils-win32.cpp 这个文件中的 

static Data getData(const std::string& filename, bool forString) 函数。

这个函数是1个非类成员静态函数。

再调试下其他的数据载入，cocostudio1.6做的动画的调用堆栈是：

cocos2d::FileUtilsWin32::getFileData
cocostudio::DataReaderHelper::addDataFromFile
cocostudio::ArmatureDataManager::addArmatureFileInfo

经过了多种文件类型载入的跟踪调试后，总结，

基本上文件的载入函数有2个，都在CCFileUtils-win32.cpp文件中，

1.FileUtilsWin32::getFileData

2.getData

要做解密的话，就是修改这2个函数了。

值得注意的1点是：getData函数的签名是：

static Data getData(const std::string& filename, bool forString)

forString这个参数，用于标识读入的文件是否是1个文本文件。

如果forString为真的话，buffer就要多分配1个字节，用来放置C语言的字符串结束符  

截图1下引擎的代码：

要做解密，我们的解密数据内存也要用forString来判断是不是多分配1个字节的内存。

FileUtils单件类，很多函数是虚函数。FileUtils::getInstance，

在Windows平台上，返回的是 FileUtilsWin32子类对象。

在Android平台上，返回FileUtilsAndroid子类对象。

Cocos2d-x 3.4 实现在Windows和Android平台上的解密需要修改2个文件：

Windows 平台的：cocosplatformwin32CCFileUtils-win32.cpp

Android 平台的：cocosplatformandroidCCFileUtils-android.cpp

这2个文件里面都有 getData 和 getFileData 函数，都需要修改之。

文件数据的读取在不同平台上有不同的实现，

如果要在目标平台上做资源加密，就需要修改目标平台上的读取实现。

FileUtils是1个文件读取基类，提供有默许的实现，1些平台会提供特定的实现。

通过量态，FileUtils让我们的游戏客户端代码不需要对特定平台做特定处理，

也不需要关心FileUtils子类的类型。

比较遗憾的是，由于时间关系，目前我没有找到对音频文件解密的方法。

调试跟踪发现，Cocos2d-x 在Windows上播放音频是直接调用了Win32 API，这些接口API是输入1个文件路径来播放音频的。

之前有提到，做加密解密需要利用数据的接口从内存中获得数据。

接口直接读磁盘文件，就没有办法干预文件的载入进行数据解密了。

我觉得引擎的设计者，可以提供1个接口，利用视察者模式，

让引擎用户可以在不修改引擎本身的情况下，干预数据的读取进行数据变换来实现解密。

毕竟自己改引擎不是1个好的做法。

加密解密支持工具

1般要做资源数据加密，大体会做2件事：

1.写1个工具，能对磁盘文件进行加密。这个工具，可能需要遍历文件夹、可批量选择文件等功能。

2.在软件程序中加入解密功能，对工具加密后的数据进行解密。

工具能方便操作、提高生产力，很重要。

这里，我自己做了2个工具。

1.对cocos2d-x引擎进行修改和恢复的工具，使其具有解密功能。以下：

2.对磁盘文件进行加密解密的工具，方便打包时的批量挑选操作。以下：

这个工具能辨认出文件是不是已被加密，原理是用了之前说的”加密文件头“设计。

这样可以避免对已被加密后的文件再次履行加密，避免对未被加密的文件履行解密。

下降误操作的可能性同时，也直观地显示文件的加密状态。

如果没有”加密文件头“，工具程序就没法辨认1个文件究竟是否被加密过。

加密解密的额外开消

做了资源加密会下降程序的性能，缘由很简单，需要对文件数据进行额外的处理。

略微复杂1点的加密算法，可能要申请内存空间来保存解密数据。delete , new 都是耗时操作。

资源的加密也可能会使得apk包体体积增大。这是为何呢？

缘由是，用Cocos2d-x 开发，资源会有很多*.plist *.ExportJson *.tmx 等文件。

plist 多是配置，也多是粒子。

*.ExportJson 等文件是 Cocostudio1.6 做出的动画、UI 导出文件。

*.tmx 是Tilemap输出的地图格式。

以上说的这些文件，都是用文本存储数据的，可以用Windows记事本打开查看内容。

apk包实际上是1个紧缩包，紧缩算法对有大量冗余数据的文件紧缩率是很高的。

我之前写过1篇关于紧缩算法的文章《文件紧缩与解压：哈夫曼编码》有兴趣的同学可以看看。

我做过1个实验，600多KB的 UI *.plist *.ExportJson 文件，打成apk包后，实际上只占60多KB。

这是由于紧缩算法能对这些配置的文本文件有很高的紧缩率。

如果我们的加密算法会下降冗余数据。

比如：1个文件的内容是“111111...."，10万个1。

我们的加密算法为了增加安全性，会把这些内容加密成为："sfsadfsa...."。

解密者很难从无规律的不重复的数据推出本来的”111111....“的内容，

但同时对这样的数据，紧缩率也会很低。

我之前设计了1个使用密钥加密的算法，会消除冗余数据，

对都是一样的1个字符的内容，可以加密成1个看似无规律的乱78糟的内容，

其实还是有规律可言，只是无规律循环节很大而已。

然后，这些加密后的数据，几近就不能紧缩了。

加密资源以后输出的apk包相比没加密资源的包，体积增加很多。

对这类情况，可以仅对图片等关键资源加密，而不对非关键性的文本文件加密。

或下降算法的加密强度，保存数据冗余性。

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