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Java常用加密方式

    |     2017年6月21日   |   JavaWeb   |     0 条评论   |    2867

加密很容易理解，就是把明文变成人家看不懂的东西，然后送给自己想要的送到的地方，接收方用配套的解密算法又把密文解开成明文，这样就不怕在路上如果密文给人家截获而泄密。

目录
1.对称加密（Symmetric Cryptography）
2.非对称加密（Asymmetric Cryptography）
3.Base 64编码
4.MD5加密
5.数字签名

常用加密应用有:
Base64算法-编码方式
消息摘要算法-MD5--验证信息完整性
对称加密算法
非对称加密算法
数字签名算法
数字证书

加密算法根据是否需要key被分为两类：

不基于key的有: Base64算法,消息摘要算法-MD5
基于key的有: 对称加密算法、非对称加密算法、数字签名算法、数字证书

一、对称加密（Symmetric Cryptography）

对称加密是最快速、最简单的一种加密方式，加密（encryption）与解密（decryption）用的是同样的密钥（secret key）。对称加密有很多种算法，由于它效率很高，所以被广泛使用在很多加密协议的核心当中。

对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1 MB大，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off。

DES(Data Encryption Standard)和TripleDES是对称加密的两种实现。

DES和TripleDES基本算法一致，只是TripleDES算法提供的key位数更多，加密可靠性更高。
DES使用的密钥key为8字节，初始向量IV也是8字节。
TripleDES使用24字节的key，初始向量IV也是8字节。
两种算法都是以8字节为一个块进行加密，一个数据块一个数据块的加密，一个8字节的明文加密后的密文也是8字节。如果明文长度不为8字节的整数倍，添加值为0的字节凑满8字节整数倍。所以加密后的密文长度一定为8字节的整数倍

下面举个例子。

package com.ittx.java1608.secure.utils;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class DESDemo {
	// 算法名称
	public static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
	// 算法名称/加密模式/填充方式
	// DES共有四种工作模式-->>ECB：电子密码本模式、CBC：加密分组链接模式、CFB：加密反馈模式、OFB：输出反馈模式
	public static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/NoPadding";

	/**
	 *
	 * 生成密钥key对象
	 *
	 * @param KeyStr
	 *            密钥字符串
	 * @return 密钥对象
	 * @throws InvalidKeyException
	 * @throws NoSuchAlgorithmException
	 * @throws InvalidKeySpecException
	 * @throws Exception
	 */
	private static SecretKey keyGenerator(String keyStr) throws Exception {
		byte input[] = HexString2Bytes(keyStr);
		DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(input);
		// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成
		SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
		SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
		return securekey;
	}

	private static int parse(char c) {
		if (c >= 'a')
			return (c - 'a' + 10) & 0x0f;
		if (c >= 'A')
			return (c - 'A' + 10) & 0x0f;
		return (c - '0') & 0x0f;
	}

	// 从十六进制字符串到字节数组转换
	public static byte[] HexString2Bytes(String hexstr) {
		byte[] b = new byte[hexstr.length() / 2];
		int j = 0;
		for (int i = 0; i < b.length; i++) {
			char c0 = hexstr.charAt(j++);
			char c1 = hexstr.charAt(j++);
			b[i] = (byte) ((parse(c0) << 4) | parse(c1));
		}
		return b;
	}

	/**
	 * 加密数据
	 *
	 * @param data
	 *            待加密数据
	 * @param key
	 *            密钥
	 * @return 加密后的数据
	 */
	public static String encrypt(String data, String key) throws Exception {
		Key deskey = keyGenerator(key);
		// 实例化Cipher对象，它用于完成实际的加密操作
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
		SecureRandom random = new SecureRandom();
		// 初始化Cipher对象，设置为加密模式
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey, random);
		byte[] results = cipher.doFinal(data.getBytes());
		// 该部分是为了与加解密在线测试网站（http://tripledes.online-domain-tools.com/）的十六进制结果进行核对
		for (int i = 0; i < results.length; i++) {
			System.out.print(results[i] + " ");
		}
		System.out.println();
		// 执行加密操作。加密后的结果通常都会用Base64编码进行传输
		return Base64.encodeBase64String(results);
	}

	/**
	 * 解密数据
	 *
	 * @param data
	 *            待解密数据
	 * @param key
	 *            密钥
	 * @return 解密后的数据
	 */
	public static String decrypt(String data, String key) throws Exception {
		Key deskey = keyGenerator(key);
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
		// 初始化Cipher对象，设置为解密模式
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
		// 执行解密操作
		return new String(cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(data)));
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String source = "helloittx";
		System.out.println("原文: " + source);
		String key = "A1B2C3D4E5F60708";
		String encryptData = encrypt(source, key);
		System.out.println("加密后: " + encryptData);
		String decryptData = decrypt(encryptData, key);
		System.out.println("解密后: " + decryptData);
	}
}

二、非对称加密（Asymmetric Cryptography）

非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人–银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非对称加密算法是RSA算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman于1978年发明，他们那时都是在MIT。请看下面的例子：

package com.ittx.java1608.encrypt;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.RSAPrivateCrtKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;

import javax.crypto.Cipher;

import com.lxh.rsatest.HexUtil;

import Decoder.BASE64Decoder;
import Decoder.BASE64Encoder;

public class RSAEncrypt {
	/** 指定加密算法为DESede */
	private static String ALGORITHM = "RSA";
	/** 指定key的大小 */
	private static int KEYSIZE = 1024;
	/** 指定公钥存放文件 */
	private static String PUBLIC_KEY_FILE = "public.keystore";
	/** 指定私钥存放文件 */
	private static String PRIVATE_KEY_FILE = "private.keystore";

	/**
	 * 生成密钥对
	 */
	private static void generateKeyPair() throws Exception {
		/** RSA算法要求有一个可信任的随机数源 */
		SecureRandom sr = new SecureRandom();
		/** 为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象 */
		KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		/** 利用上面的随机数据源初始化这个KeyPairGenerator对象 */
		kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
		/** 生成密匙对 */
		KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
		/** 得到公钥 */
		Key publicKey = kp.getPublic();
		/** 得到私钥 */
		Key privateKey = kp.getPrivate();
		/** 用对象流将生成的密钥写入文件 */
		ObjectOutputStream oos1 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
		ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
		oos1.writeObject(publicKey);
		oos2.writeObject(privateKey);
		/** 清空缓存，关闭文件输出流 */
		oos1.close();
		oos2.close();
	}

	/**
	 * 生成密钥对字符串
	 */
	private static void generateKeyPairString() throws Exception {
		/** RSA算法要求有一个可信任的随机数源 */
		SecureRandom sr = new SecureRandom();
		/** 为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象 */
		KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		/** 利用上面的随机数据源初始化这个KeyPairGenerator对象 */
		kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
		/** 生成密匙对 */
		KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
		/** 得到公钥 */
		Key publicKey = kp.getPublic();
		/** 得到私钥 */
		Key privateKey = kp.getPrivate();
		/** 用字符串将生成的密钥写入文件 */

		String algorithm = publicKey.getAlgorithm(); // 获取算法
		KeyFactory keyFact = KeyFactory.getInstance(algorithm);
		BigInteger prime = null;
		BigInteger exponent = null;

		RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec) keyFact.getKeySpec(publicKey, RSAPublicKeySpec.class);

		prime = keySpec.getModulus();
		exponent = keySpec.getPublicExponent();
		System.out.println("公钥模量：" + HexUtil.bytes2Hex(prime.toByteArray()));
		System.out.println("公钥指数:" + HexUtil.bytes2Hex(exponent.toByteArray()));

		System.out.println(privateKey.getAlgorithm());
		RSAPrivateCrtKeySpec privateKeySpec = (RSAPrivateCrtKeySpec) keyFact.getKeySpec(privateKey,
				RSAPrivateCrtKeySpec.class);
		BigInteger privateModulus = privateKeySpec.getModulus();
		BigInteger privateExponent = privateKeySpec.getPrivateExponent();

		System.out.println("私钥模量：" + HexUtil.bytes2Hex(privateModulus.toByteArray()));
		System.out.println("私钥指数:" + HexUtil.bytes2Hex(privateExponent.toByteArray()));

	}

	/**
	 * 加密方法 source： 源数据
	 */
	public static String encrypt(String source) throws Exception {
		generateKeyPair();
		/** 将文件中的公钥对象读出 */
		ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
		Key key = (Key) ois.readObject();
		ois.close();

		String algorithm = key.getAlgorithm(); // 获取算法
		KeyFactory keyFact = KeyFactory.getInstance(algorithm);
		BigInteger prime = null;
		BigInteger exponent = null;
		if ("RSA".equals(algorithm)) { // 如果是RSA加密
			RSAPublicKeySpec keySpec = (RSAPublicKeySpec) keyFact.getKeySpec(key, RSAPublicKeySpec.class);
			prime = keySpec.getModulus();
			exponent = keySpec.getPublicExponent();

//			System.out.println("公钥模量：" + HexUtil.bytes2Hex(prime.toByteArray()));
//			System.out.println("公钥指数:" + HexUtil.bytes2Hex(exponent.toByteArray()));

		}

		/** 得到Cipher对象来实现对源数据的RSA加密 */
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
		byte[] b = source.getBytes();
		/** 执行加密操作 */
		byte[] b1 = cipher.doFinal(b);
		BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
		return encoder.encode(b1);
	}

	/**
	 * 解密算法 cryptograph:密文
	 */
	public static String decrypt(String cryptograph) throws Exception {
		/** 将文件中的私钥对象读出 */
		ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
		Key key = (Key) ois.readObject();

		String algorithm = key.getAlgorithm(); // 获取算法
		KeyFactory keyFact = KeyFactory.getInstance(algorithm);
		RSAPrivateCrtKeySpec privateKeySpec = (RSAPrivateCrtKeySpec) keyFact.getKeySpec(key,
				RSAPrivateCrtKeySpec.class);
		BigInteger privateModulus = privateKeySpec.getModulus();
		BigInteger privateExponent = privateKeySpec.getPrivateExponent();

//		System.out.println("私钥模量：" + HexUtil.bytes2Hex(privateModulus.toByteArray()));
//		System.out.println("私钥指数:" + HexUtil.bytes2Hex(privateExponent.toByteArray()));

		/** 得到Cipher对象对已用公钥加密的数据进行RSA解密 */
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
		BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();

		byte[] b1 = decoder.decodeBuffer(cryptograph);
		/** 执行解密操作 */
		byte[] b = cipher.doFinal(b1);
		return new String(b);
	}

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		generateKeyPair(); //生成文件形式公钥和私钥
		//generateKeyPairString();//生成字符串形式公钥和私钥

		String source = "非对称加密RSA";// 要加密的字符串

		String cryptograph = encrypt(source);// 生成的密文
		String hexCrypt = HexUtil.bytes2Hex(cryptograph.getBytes(), false);
		System.out.println("生成的密文--->" + hexCrypt);

		String target = decrypt(HexUtil.hex2String(hexCrypt));// 解密密文
		System.out.println("解密密文--->" + target);

	}
}

 

虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。为了解释这个过程，请看下面的例子：

（1） Alice需要在银行的网站做一笔交易，她的浏览器首先生成了一个随机数作为对称密钥。

（2） Alice的浏览器向银行的网站请求公钥。

（3） 银行将公钥发送给Alice。

（4） Alice的浏览器使用银行的公钥将自己的对称密钥加密。

（5） Alice的浏览器将加密后的对称密钥发送给银行。

（6） 银行使用私钥解密得到Alice浏览器的对称密钥。

（7） Alice与银行可以使用对称密钥来对沟通的内容进行加密与解密了。

 

image_thumb3

 

三、总结

（1） 对称加密加密与解密使用的是同样的密钥，所以速度快，但由于需要将密钥在网络传输，所以安全性不高。

（2） 非对称加密使用了一对密钥，公钥与私钥，所以安全性高，但加密与解密速度慢。

（3） 解决的办法是将对称加密的密钥使用非对称加密的公钥进行加密，然后发送出去，接收方使用私钥进行解密得到对称加密的密钥，然后双方可以使用对称加密来进行沟通。

参考地址：http://www.cnblogs.com/jfzhu/p/4020928.html

四、Encoding VS. Encryption

很多人都以为编码（Encoding）和加密（Encryption）是同一个意思。编码和加密都是对格式的一种转换，但是它们是有区别的。编码是公开的，比如下面要介绍的Base 64编码，任何人都可以解码；而加密则相反，你只希望自己或者特定的人才可以对内容进行解密。

1. Base 64编码

Base 64 Encoding有什么用？举个简单的例子，你使用SMTP协议 （Simple Mail Transfer Protocol 简单邮件传输协议）来发送邮件。因为这个协议是基于文本的协议，所以如果邮件中包含一幅图片，我们知道图片的存储格式是二进制数据（binary data），而非文本格式，我们必须将二进制的数据编码成文本格式，这时候Base 64 Encoding就派上用场了。

public void testJDKBase64(){
	String encoderStr = java.util.Base64.getEncoder().encodeToString(s.getBytes());
	System.out.println("encode :"+encoderStr);

	String decodeStr = new String(java.util.Base64.getDecoder().decode(encoderStr));
	System.out.println("decodeStr :"+decodeStr);
}

public void testCodecBase64(){
	String encoderStr = org.apache.commons.codec.binary.Base64.encodeBase64String(s.getBytes());
	System.out.println("encode :"+encoderStr);

	String decodeStr = new String(org.apache.commons.codec.binary.Base64.decodeBase64(encoderStr));
	System.out.println("decodeStr :"+decodeStr);
}

2. MD5加密

2.1 概述

Message Digest Algorithm MD5（中文名为消息摘要算法第五版）为计算机安全领域广泛使用的一种散列函数，用以提供消息的完整性保护。该算法的文件号为RFC 1321（R.Rivest,MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data Security Inc. April 1992）.

MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MIT Laboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。

MD5用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被”压缩”成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串）。

2.2 Java实现

package com.ittx.java1608.secure.utils;

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * Java消息摘要算法 MD5 工具类,其实其他摘要算法的实现也类似
 */
public class MD5Util {
	/**
	 * 对文本执行 md5 摘要加密, 此算法与 mysql,JavaScript生成的md5摘要进行过一致性对比.
	 * @param plainText
	 * @return 返回值中的字母为小写
	 */
	public static String md5(String plainText) {
		if (null == plainText) {
			plainText = "";
		}
		String MD5Str = "";
		try {
			// JDK 6 支持以下6种消息摘要算法，不区分大小写
			// md5,sha(sha-1),md2,sha-256,sha-384,sha-512
			MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
			md.update(plainText.getBytes());
			byte b[] = md.digest();

			int i;

			StringBuilder builder = new StringBuilder(32);
			for (int offset = 0; offset < b.length; offset++) {
				i = b[offset];
				if (i < 0)
					i += 256;
				if (i < 16)
					builder.append("0");
				builder.append(Integer.toHexString(i));
			}
			MD5Str = builder.toString();
			// LogUtil.println("result: " + buf.toString());// 32位的加密
		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return MD5Str;
	}
	// 一个简版测试
	public static void main(String[] args) {
		String m1 = md5("1");
		String m2 = md5(m1);
		/* 输出为
		 * m1=c4ca4238a0b923820dcc509a6f75849b
		 * m2=28c8edde3d61a0411511d3b1866f0636
		 */
		System.out.println("m1="+m1);
		System.out.println("m2="+m2);
	}
}

五、数字签名算法

签名：就有安全性，抗否认性
数字签名：带有密钥（公钥，私钥）的消息摘要算法
作用：
1. 验证数据的完整性
2. 认证数据来源
3. 抗否认

数字签名遵循：私钥签名，公钥验证
常用的数字签名算法：RSA，DSA，ECDSA

RSA介绍：

是经典算法，是目前为止使用最广泛的数字签名算法。

RSA数字签名算法的密钥实现与RSA的加密算法是一样的，算法的名称都叫RSA。密钥的产生和转换都是一样的。

RSA数字签名算法主要包括MD和SHA两类。

package com.ittx.security.signature;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

public class RSATest {
    public static final String src = "hello world";

    public static void main(String[] args) {
        jdkRSA();

    }

    /**
     * 说明： 用java的jdk里面相关方法实现rsa的签名及签名验证
     */
    public static void jdkRSA() {
        try {
            // 1.初始化密钥
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator
                    .getInstance("RSA");
            //设置KEY的长度
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            //得到公钥
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            //得到私钥
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

            // 2.进行签名
            //用私钥进行签名
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(
                    rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            //构造一个privateKey
            PrivateKey privateKey = keyFactory
                    .generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            //声明签名的对象
            Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initSign(privateKey);
            signature.update(src.getBytes());
            //进行签名
            byte[] result = signature.sign();
            System.out.println("jdk rsa sign:" + Hex.encodeHexString(result));

            // 3.验证签名
            //用公钥进行验证签名
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(
                    rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            //构造一个publicKey
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            //声明签名对象
            signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initVerify(publicKey);
            signature.update(src.getBytes());
            //验证签名
            boolean bool = signature.verify(result);
            System.out.println("jdk rsa verify:" + bool);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.toString());
        }

    }

}

RSA的应用场景： 0170621113226

参考:

Base 64 编码

RSA非对称加密详解

单向加密算法MD5和SHA

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这家伙很懒，什么都没写！

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