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Java加解密与数字签名

Kevin亓
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Java加解密

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实现方式:JDK实现,CC,BC
JDK提供比较基础的底层的实现;CC提供一些简化的操作;BC提供补充

一、Base64加密

非常简单,加密解密就一个函数。
代码如下:

public static void jdkBase64() {
        try {
            //加密:
            BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
            String encode = encoder.encode(src.getBytes());
            System.out.println("encode : " + encode);

            //解密
            BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
            String decode = new String(decoder.decodeBuffer(encode));
            System.out.println("decode : " + decode);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void commonsCodesBase64(){
        //加密
        byte[] encodeBytes = Base64.encodeBase64(src.getBytes());
        System.out.println("encode : " + new String(encodeBytes));
        //解密
        byte[] decodeBytes = Base64.decodeBase64(encodeBytes);
        System.err.println("decode : " + new String(decodeBytes));
    }

二、消息摘要算法加密————主要用于验证数据完整性。

MD(消息摘要):

public static void jdkMD5(){
        try {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] md5Bytes = md.digest(src.getBytes());
            //把byte数组转换为字符串
            System.out.println("jdkmd5 : " + Hex.encodeHexString(md5Bytes));//CC实现转换
                } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

SHA(安全散列)
JDK实现和MD一样。
BC实现如下:(Digest类)

public static void bcSHA1() {
        Digest digest = new SHA1Digest();
        digest.update(src.getBytes(), 0, src.getBytes().length);
        byte[] sha1Bytes = new byte[digest.getDigestSize()];
        digest.doFinal(sha1Bytes, 0);
        System.out.println("bc sha-1 : " + org.bouncycastle.util.encoders.Hex.toHexString(sha1Bytes));
    }

CC实现最简单(就是一个DigestUtils的静态方法):

public static void ccSHA1() {
        System.out.println("cc sha1 - 1 :" + DigestUtils.sha1Hex(src.getBytes()));
        System.out.println("cc sha1 - 2 :" + DigestUtils.sha1Hex(src));
    }

MAC(消息认证码)——含有密钥的散列函数算法
兼容MD和SHA的特性,但加入了密钥。
主要JDK和Bouncy Castle实现。
JDK实现:获取或定义密钥(byte[]数组),Mac类 实例化、初始化、执行。
BC实现:Hmac类 实例化、初始化、执行。

三、对称加解密
对称加密指加密和解密使用相同密钥的加密算法。这里将介绍DES、3重DES、AES和PBE几种常见的对称加密算法在Java中的实现。
DES、3DES、AES(密钥)、PBE(口令和盐)
DES:
JDK实现:生成并转换Key;Cipher类的实例化(getInstance)、初始化(init选择模式与Key);执行(doFinal)加解密。
推荐BC实现方式:Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
然后剩下的代码就可以和JDK实现代码基本一样了。

3DES、AES实现基本一样,所以就不一一介绍。。。

PBE(基于口令的加密)
特点:通过 salt + 口令
实现:初始化盐;生成口令;Cipher类加解密。

四、非对称加解密
非对称加密算法是一种基于密钥的保密方法,需要公开密钥和私有密钥,在文件加密、尤其是网银中应用广泛。这里主要介绍非对称加密算法的实现过程,DH、RSA和ELGamal等几种常见的非对称加密算法的在Java中的应用。

概念:公钥、私钥;
DH(密钥交换算法):
代码实现有些麻烦
——初始化发送方密钥
-KeyPairGenerator :能产生KeyPair
-KeyPair :常用的密钥载体,称为密钥对,分为公钥PublicKey与私钥PrivateKey。
-PublicKey
——初始化接收方密钥
-KeyFactory :密钥工厂,生成密钥,通过某种密钥的规范来还原密钥
-X509EncodedKeySpec :根据ASN.1进行密钥编码
-DHPublicKey :
-DHParameterSpec :遵从DH算法发参数的集合
-KeyPairGenerator :
-PrivateKey :
——双发根据公布的对方的PublicKey构建本地密钥,
——构建出来的本地密钥是一致的
-KeyAgreement :用来提供密钥一致性协议
-SecretKey :秘密密钥,对称
-KeyFactory
-X509EncodedKeySpec
-PublicKey
——加密、解密(利用本地密钥)
-Cipher :为加密和解密提供密码功能的类
DH
解释:
首先,发送方产生密钥对,并公开 公钥;接收方根据这个公钥产生密钥对,然后也公开自己的 公钥。
然后,发送方根据接收方的 公钥 产生自己本地的密钥(本地密钥一般是采用对称密钥),接收方也根据发送方的 公钥 产生自己本地的密钥。其实,这样双方产生的本地密钥是相同的。
最后,双方就可以利用本地密钥进行加解密了。

RSA(基于因子分解):代码实现较为简单
初始化密钥(包含公钥、密钥)。
可以利用公钥加密,私钥解密;也可以私钥加密,公钥解密
使用过程:双方分别掌握公钥与私钥中的一种,然后就可以加密并传输数据了。

public static void jdkRSA() {
        try {
            //1.初始化密钥
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
            System.out.println("Public Key : " + Base64.encodeBase64String(rsaPublicKey.getEncoded())); 
            System.out.println("Private Key : " + Base64.encodeBase64String(rsaPrivateKey.getEncoded())); 

            //2.私钥加密、公钥解密——加密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("私钥加密、公钥解密——加密 : " + Base64.encodeBase64String(result));

            //3.私钥加密、公钥解密——解密
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("私钥加密、公钥解密——解密:" + new String(result));

            //4.公钥加密、私钥解密——加密
            x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("公钥加密、私钥解密——加密 : " + Base64.encodeBase64String(result));

            //5.公钥加密、私钥解密——解密
            pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("公钥加密、私钥解密——解密:" + new String(result));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

EIGamal(基于离散因数)
JDK没有实现,只能利用BC实现。
首先,Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
之后实现类似于RSA。
EIGamal
五.Java实现数字签名

数字签名用于鉴别数字信息,公钥和私钥,私钥对数据签名,公钥用于检验。
过程为:首先初始化一个密钥对,在密钥对的基础上进行签名与验证。
1、RSA:既可以加解密,也可以数字签名。
初始化密钥对:KeyPairGenerator、KeyPair、RSAPublic、PSAPrivate;
执行签名;Signature类
验证签名;Signature类
2、DSA(数字签名算法)
初始化密钥对,公钥、私钥;
执行签名,用私钥签名;
验证签名,用公钥验证;
3、ECDSA
微软序列号便是采用的ECDSA算法进行的签名。速度快,强度高,签名短。
初始化密钥对;
执行签名;
验证签名

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