数据传输加密非对称加密算法以及对称算法-RSA+AES

转载：http://blog.csdn.net/chay_chan/article/details/58605605

源码：https://github.com/Javen205/IJPay

数据传输加密

  在开发应用过程中，客户端与服务端经常需要进行数据传输，涉及到重要隐私信息时，开发者自然会想到对其进行加密，即使传输过程中被“有心人”截取，也不会将信息泄露。对于加密算法，相信不少开发者也有所耳闻，比如MD5加密，Base64加密，DES加密，AES加密，RSA加密等等。在这里我主要向大家介绍一下我在开发过程中使用到的加密算法，RSA加密算法+AES加密算法。简单地介绍一下这两种算法吧。

RSA

  之所以叫RSA算法，是因为算法的三位发明者RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准，主要的算法原理就不多加介绍，如果对此感兴趣的话，建议去百度一下RSA算法。需要了解的是RSA算法属于非对称加密算法，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。简单的说是“公钥加密，私钥解密；私钥加密，公钥解密”。

AES

  高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

为什么要结合使用这两种算法

  如果不清楚非对称算法和对称算法，也许你会问，为什么要结合使用这两种算法，单纯使用一种算法不行吗？这就要结合不同的场景和需求了。

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息不需加密的情况

  客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息不需加密，例如绑定银行卡的时候，需要传递用户的银行卡号，手机号等重要信息，客户端这边就需要对这些重要信息进行加密，使用RSA公钥加密，服务端使用RSA解密，然后返回一些普通信息，比如状态码code,提示信息msg,提示操作是成功还是失败。这种场景下，仅仅使用RSA加密是可以的。

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息需加密的情况

  客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息需加密,例如客户端登录的时候，传递用户名和密码等资料，需要进行加密，服务端验证登录信息后，返回令牌token需要进行加密，客户端解密后保存。此时就需要结合这两种算法了。至于整个流程是怎样的，在下面会慢慢通过例子向你介绍，因为如果一开始就这么多文字类的操作，可能会让读者感到一头雾水。

源码

public class RSAUtils { 

    /** RSA最大加密明文大小 */ 
    private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;

    /** RSA最大解密密文大小 */ 
    private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;

    /** 加密算法RSA */ 
    private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";

    /** 
     * 生成公钥和私钥 
     *  
     * @throws Exception 
     *  
     */ 
    public static Map<String, String>  getKeys() throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        keyPairGen.initialize(1024);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

        String publicKeyStr = getPublicKeyStr(publicKey);
        String privateKeyStr = getPrivateKeyStr(privateKey);

        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        map.put("publicKey", publicKeyStr);
        map.put("privateKey", privateKeyStr);

        System.out.println("公钥\r\n" + publicKeyStr);
        System.out.println("私钥\r\n" + privateKeyStr);
        return map;
    } 

    /** 
     * 使用模和指数生成RSA公钥 
     * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA 
     * /None/NoPadding】 
     *  
     * @param modulus 
     *            模 
     * @param exponent 
     *            公钥指数 
     * @return 
     */ 
    public static RSAPublicKey getPublicKey(String modulus, String exponent) {
        try { 
            BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);
            BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            RSAPublicKeySpec keySpec = new RSAPublicKeySpec(b1, b2);
            return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null; 
        } 
    } 

    /** 
     * 使用模和指数生成RSA私钥 
     * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA 
     * /None/NoPadding】 
     *  
     * @param modulus 
     *            模 
     * @param exponent 
     *            指数 
     * @return 
     */ 
    public static RSAPrivateKey getPrivateKey(String modulus, String exponent) {
        try { 
            BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);
            BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            RSAPrivateKeySpec keySpec = new RSAPrivateKeySpec(b1, b2);
            return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null; 
        } 
    } 

    /** 
     * 公钥加密 
     * @param data 
     * @param publicKey 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static String encryptByPublicKey(String data,String publicKey) throws Exception {
        byte[] dataByte = data.getBytes();
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 对数据加密 
        // Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm()); 
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = dataByte.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段加密 
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else { 
                cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, inputLen - offSet);
            } 
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        } 
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return Base64Utils.encode(encryptedData);
    } 

    /** 
     * 私钥解密 
     *  
     * @param data 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static String decryptByPrivateKey(String data,String privateKey) throws Exception {
        byte[] encryptedData = Base64Utils.decode(data);
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        // Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm()); 
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段解密 
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher
                        .doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
            } else { 
                cache = cipher
                        .doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
            } 
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
        } 
        byte[] decryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return new String(decryptedData);
    } 

    /** 
     * 获取模数和密钥 
     *  
     * @return 
     */ 
    public static Map<String, String> getModulusAndKeys() {

        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

        try { 
            InputStream in = RSAUtils.class
                    .getResourceAsStream("/rsa.properties");
            Properties prop = new Properties();
            prop.load(in);

            String modulus = prop.getProperty("modulus");
            String publicKey = prop.getProperty("publicKey");
            String privateKey = prop.getProperty("privateKey");

            in.close();

            map.put("modulus", modulus);
            map.put("publicKey", publicKey);
            map.put("privateKey", privateKey);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } 

        return map;
    } 

    /** 
     * 从字符串中加载公钥 
     *  
     * @param publicKeyStr 
     *            公钥数据字符串 
     * @throws Exception 
     *             加载公钥时产生的异常 
     */ 
    public static PublicKey loadPublicKey(String publicKeyStr) throws Exception {
        try { 
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(publicKeyStr);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
            return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new Exception("无此算法");
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            throw new Exception("公钥非法");
        } catch (NullPointerException e) {
            throw new Exception("公钥数据为空");
        } 
    } 

    /** 
     * 从字符串中加载私钥<br> 
     * 加载时使用的是PKCS8EncodedKeySpec（PKCS#8编码的Key指令）。 
     *  
     * @param privateKeyStr 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static PrivateKey loadPrivateKey(String privateKeyStr)
            throws Exception {
        try { 
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);
            // X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer); 
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new Exception("无此算法");
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            throw new Exception("私钥非法");
        } catch (NullPointerException e) {
            throw new Exception("私钥数据为空");
        } 
    } 

    public static String getPrivateKeyStr(PrivateKey privateKey)
            throws Exception {
        return new String(Base64Utils.encode(privateKey.getEncoded()));
    } 

    public static String getPublicKeyStr(PublicKey publicKey) throws Exception {
        return new String(Base64Utils.encode(publicKey.getEncoded()));
    } 

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Map<String, String> keys = getKeys();
        String publicKey = keys.get("publicKey");
        String privateKey = keys.get("privateKey");
        String content = "我是Javen,I am Javen";
        String encrypt = encryptByPublicKey(content, publicKey);
        String decrypt = decryptByPrivateKey(encrypt, privateKey);
        System.out.println("加密之后："+encrypt);
        System.out.println("解密之后："+decrypt);
    } 
} 

/** 
 * AES工具类，密钥必须是16位字符串 
 */ 
public class AESUtils { 

    /**偏移量,必须是16位字符串*/ 
    private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";

    /** 
     * 默认的密钥 
     */ 
    public static final String DEFAULT_KEY = "1bd83b249a414036";

    /** 
     * 产生随机密钥(这里产生密钥必须是16位) 
     */ 
    public static String generateKey() {
        String key = UUID.randomUUID().toString();
        key = key.replace("-", "").substring(0, 16);// 替换掉-号
        return key;
    } 

    public static String encryptData(String key, String content) {
        byte[] encryptedBytes = new byte[0];
        try { 
            byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");
            // 注意，为了能与 iOS 统一 
            // 这里的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成 
            byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
            SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
            IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
            // 指定加密的算法、工作模式和填充方式 
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
            encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);
            // 同样对加密后数据进行 base64 编码 
//            return Base64.encodeBase64String(encryptedBytes); 
            return Base64Utils.encode(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } 
        return null; 
    } 

    public static String decryptData(String key, String content) {
        try { 
            // base64 解码 
            byte[] encryptedBytes = Base64Utils.decode(content);
//            byte[] encryptedBytes = Base64.decodeBase64(content); 
            byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
            SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
            IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec);
            byte[] result = cipher.doFinal(encryptedBytes);
            return new String(result, "UTF-8");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } 
        return null; 
    } 

    public static void main(String[] args) {
        try { 

            Map<String, String> keys = RSAUtils.getKeys();
            String publicKey = keys.get("publicKey");
            String privateKey = keys.get("privateKey");

            String key = generateKey();
            System.out.println("aes密钥："+key);
            String plainText = "I am Javen -By 我是Javen";
            plainText = encryptData(key, plainText);
            System.out.println("aes加密后: " + plainText );
            plainText = decryptData(key, plainText);
            System.out.println("aes解密后: " + plainText );
            String encrypt = RSAUtils.encryptByPublicKey(key,publicKey);
            System.out.println("RSA加密："+encrypt);
            System.out.println("RSA解密："+RSAUtils.decryptByPrivateKey(encrypt,privateKey));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } 
    } 

} 

/** */ 
/** 
 * <p> 
 * BASE64编码解码工具包 
 * </p> 
 * <p> 
 * 依赖javabase64-1.3.1.jar 
 * </p> 
 */ 
public class Base64Utils { 

    /** */ 
    /** 
     * 文件读取缓冲区大小 
     */ 
    private static final int CACHE_SIZE = 1024;

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * BASE64字符串解码为二进制数据 
     * </p> 
     *  
     * @param base64 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static byte[] decode(String base64) throws Exception {
        return Base64.decode(base64.getBytes());
    } 

    public static String decode(byte[] b) {
        return new String(Base64.decode(b));
    } 

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * 二进制数据编码为BASE64字符串 
     * </p> 
     *  
     * @param bytes 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static String encode(byte[] bytes) throws Exception {
        return new String(Base64.encode(bytes));
    } 

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * 将文件编码为BASE64字符串 
     * </p> 
     * <p> 
     * 大文件慎用，可能会导致内存溢出 
     * </p> 
     *  
     * @param filePath 
     *            文件绝对路径 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static String encodeFile(String filePath) throws Exception {
        byte[] bytes = fileToByte(filePath);
        return encode(bytes);
    } 

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * BASE64字符串转回文件 
     * </p> 
     *  
     * @param filePath 
     *            文件绝对路径 
     * @param base64 
     *            编码字符串 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static void decodeToFile(String filePath, String base64)
            throws Exception {
        byte[] bytes = decode(base64);
        byteArrayToFile(bytes, filePath);
    } 

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * 文件转换为二进制数组 
     * </p> 
     *  
     * @param filePath 
     *            文件路径 
     * @return 
     * @throws Exception 
     */ 
    public static byte[] fileToByte(String filePath) throws Exception {
        byte[] data = new byte[0];
        File file = new File(filePath);
        if (file.exists()) {
            FileInputStream in = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(2048);
            byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];
            int nRead = 0;
            while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {
                out.write(cache, 0, nRead);
                out.flush();
            } 
            out.close();
            in.close();
            data = out.toByteArray();
        } 
        return data;
    } 

    /** */ 
    /** 
     * <p> 
     * 二进制数据写文件 
     * </p> 
     *  
     * @param bytes 
     *            二进制数据 
     * @param filePath 
     *            文件生成目录 
     */ 
    public static void byteArrayToFile(byte[] bytes, String filePath)
            throws Exception {
        InputStream in = new ByteArrayInputStream(bytes);
        File destFile = new File(filePath);
        if (!destFile.getParentFile().exists()) {
            destFile.getParentFile().mkdirs();
        } 
        destFile.createNewFile();
        OutputStream out = new FileOutputStream(destFile);
        byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];
        int nRead = 0;
        while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {
            out.write(cache, 0, nRead);
            out.flush();
        } 
        out.close();
        in.close();
    } 

} 

/** 
 * des加密、解密 
 */ 
public class DESUtils { 

    // 指定DES加密解密所用的密钥 
    private static Key key;

    /** 
     * 加密key为空, 默认为类名 
     */ 
    public DESUtils() { 
        setkey(this.getClass().getName());
    } 

    /** 
     * 设置加密key 
     *  
     * @param keyStr 
     *            加密key值 
     */ 
    public DESUtils(String keyStr) {
        setkey(keyStr);
    } 

    /** 
     * 设置加密的校验码 
     */ 
    private void setkey(String keyStr) {
        try { 
            // L.cm 2015-01-20 将加密的密匙Base64 
            // fix Caused by: java.security.InvalidKeyException: Wrong key size 
            String desKey = Base64.encodeBase64String(keyStr.getBytes("UTF-8"));
            DESKeySpec objDesKeySpec = new DESKeySpec(desKey.getBytes("UTF-8"));
            SecretKeyFactory objKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
            key = objKeyFactory.generateSecret(objDesKeySpec);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } 
    } 

    /** 
     * 对字符串进行DES加密，返回BASE64编码的加密字符串 
     * @param str 
     * @return 
     */ 
    public final String encryptString(String str) {
        byte[] bytes = str.getBytes();
        try { 
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            byte[] encryptStrBytes = cipher.doFinal(bytes);
            return Base64.encodeBase64URLSafeString(encryptStrBytes);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } 
    } 

    /** 
     * 对BASE64编码的加密字符串进行解密，返回解密后的字符串 
     * @param str 
     * @return 
     */ 
    public final String decryptString(String str) {
        try { 
            byte[] bytes = Base64.decodeBase64(str);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
            bytes = cipher.doFinal(bytes);
            return new String(bytes);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } 
    } 

    public static void main(String[] args) {
        String keyStr="9cc9b11a7a0747d4b19d30a324a84dc5";
        System.out.println("keyStr:"+keyStr);
        DESUtils desUtils=new DESUtils(keyStr);
        String sourceStr="12345678";
        System.out.println("加密前的Str："+sourceStr);
        String encryptString = desUtils.encryptString(sourceStr);
        System.out.println("加密之后："+encryptString);
         String decryptString = desUtils.decryptString(encryptString);
        System.out.println("解密之后："+decryptString);
    } 
}