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Java中常用的加密方式（|）

2023-02-22 170
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密钥管理服务KMS，1000个密钥，100个凭据，1个月
简介： Java中常用的加密方式（|）

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一、Java常用加密方式

Base64加密算法(编码方式)

MD5加密(消息摘要算法，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

二、分类

按加密算法是否需要key被分为两类：

不基于key的有: Base64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、HMAC、RC4(对称加密)

按加密算法是否可逆被分为两类：

单向加密算法(不可解密)：MD5、SHA、HMAC

非单项加密算法(可解密)：BASE64、对称加密算法、非对称加密算法、数字签名算法、数字证书

三、算法介绍

1.对称加密

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：

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);
    }
}

2.非对称加密

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：

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。

（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。

3.Base64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);
}

4.MD5加密

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）。

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);
    }
}

通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给Base64再加密一把，得到相应的字符串。

5.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。

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());
        }
    }
}

四、应用场景

  1. Base64应用场景：图片转码(应用于邮件，img标签，http加密)
  2. MD5应用场景：密码加密、imei加密、文件校验
  3. 非对称加密：电商订单付款、银行相关业务
文章标签：
密钥管理服务
Java
编解码
数据安全/隐私保护
安全
算法
存储
关键词：
Java加密
唐城子
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