互联网并发与安全系列教程（13） - 信息加密技术（对称&非对称加密）-阿里云开发者社区

1. 对称加密

对称密码技术：发件人和收件人使用其共同拥有的单个密钥 ,这种密钥既用于加密，也用于解密，叫做机密密钥(也称为对称密钥或会话密钥)。

能够提供信息机密性（没有密钥信息不能被解密）、完整性（被改变的信息不能被解密）的服务。

对称式密码学又称：单钥密码学、秘密密钥密码学、会话密钥密码学、私钥密码学、共享秘钥密码学。

1.1 常见的对称式加密技术

DES（数据加密标准）：分组式加密，算法源于Lucifer，作为NIST对称式加密标准；64位（有效位56位、校验8位），分组算法
3DES：128位，分组算法
IDEA（国际数据加密算法）：128位，比DES快，分组算法
Blowfish：32-448位，算法公开，分组算法
RC4：流密码，密钥长度可变
RC5：分组密码，密钥长度可变，最大2048位
Rijndael：128位/196位/256位
AES（高级加密标准）：DES升级版，算法出自Rinjindael

1.2 对称密码的优点

用户只需记忆一个密钥，就可用于加密、解密；
与非对称加密方法相比，加密解密的计算量小，速度快，简单易用，适合于对海量数据进行加密处理。

1.3 对称密码的缺点

如果密钥交换不安全，密钥的安全性就会丧失。特别是在电子商务环境下，当客户是未知的、不可信的实体时，如何使客户安全地获得密钥就成为一大难题。
如果用户较多情况下的密钥管理问题 N*(N-1)/2
如果密钥多个用户被共享，不能提供抗抵赖性

1.4 对称密码案例

假设Alice和Bob是认识的，两人为了保证通信消息不被其它人截取，预先约定了一个密码，用来加密在他们之间传送的消息，这样即使有人截取了消息没有密码也无法知道消息的内容。由此便实现了机密性。

1.5 基于DES实现加密和解密

DES加密工具类:

/**
 * DES加密介绍 DES是一种对称加密算法，所谓对称加密算法即：加密和解密使用相同密钥的算法。DES加密算法出自IBM的研究，
 * 后来被美国政府正式采用，之后开始广泛流传，但是近些年使用越来越少，因为DES使用56位密钥，以现代计算能力， 24小时内即可被破解。虽然如此，在某些简单应用中，我们还是可以使用DES加密算法，本文简单讲解DES的JAVA实现 。
 * 注意：DES加密和解密过程中，密钥长度都必须是8的倍数
 */
public class DES {
  public DES() {
  }
  // 测试
  public static void main(String args[]) {
    // 待加密内容
    String str = "cryptology";
    // 密码，长度要是8的倍数
    String password = "95880288";
    byte[] result = DES.encrypt(str.getBytes(), password);
    System.out.println("加密后：" + new String(result));
    // 直接将如上内容解密
    try {
      byte[] decryResult = DES.decrypt(result, password);
      System.out.println("解密后：" + new String(decryResult));
    } catch (Exception e1) {
      e1.printStackTrace();
    }
  }
  /**
   * 加密
   * 
   * @param datasource
   *            byte[]
   * @param password
   *            String
   * @return byte[]
   */
  public static byte[] encrypt(byte[] datasource, String password) {
    try {
      SecureRandom random = new SecureRandom();
      DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(password.getBytes());
      // 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);
      // Cipher对象实际完成加密操作
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
      // 用密匙初始化Cipher对象,ENCRYPT_MODE用于将 Cipher 初始化为加密模式的常量
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, random);
      // 现在，获取数据并加密
      // 正式执行加密操作
      return cipher.doFinal(datasource); // 按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作
    } catch (Throwable e) {
      e.printStackTrace();
    }
    return null;
  }
  /**
   * 解密
   * 
   * @param src
   *            byte[]
   * @param password
   *            String
   * @return byte[]
   * @throws Exception
   */
  public static byte[] decrypt(byte[] src, String password) throws Exception {
    // DES算法要求有一个可信任的随机数源
    SecureRandom random = new SecureRandom();
    // 创建一个DESKeySpec对象
    DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(password.getBytes());
    // 创建一个密匙工厂
    SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");// 返回实现指定转换的
                                      // Cipher
                                      // 对象
    // 将DESKeySpec对象转换成SecretKey对象
    SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
    // Cipher对象实际完成解密操作
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
    // 用密匙初始化Cipher对象
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey, random);
    // 真正开始解密操作
    return cipher.doFinal(src);
  }
}

DES加解密案例：

public class Demo01 {
  // 1.配置密钥
  private static String PASSWORD = "95880288";
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 2.需要加密的内容
    String content = "xxx";
    // 3.使用DES 加密
    byte[] encryptContent = DES.encrypt(content.getBytes(), PASSWORD);
    System.out.println("加密后内容:" + new String(encryptContent));
    // 4.使用DES 解密
    byte[] decrypt = DES.decrypt(encryptContent, PASSWORD);
    System.out.println("解密后内容:" + new String(decrypt));
  }
}

2. 非对称加密

使用一对密钥：一个用于加密信息，另一个则用于解密信息。
两个密钥之间存在着相互依存关系：即用其中任一个密钥加密的信息只能用另一个密钥进行解密。
其中加密密钥不同于解密密钥,公钥加密私钥解密，反之也可私钥加密公钥解密。
密钥依据性质划分，将其中的一个向外界公开，称为公钥；另一个则自己保留，称为私钥。
公钥(Public key)常用于数据加密（用对方公钥加密）或签名验证（用对方公钥解密），私钥(Private key)常用于数据解密（发送方用接收方公钥加密）或数字签名（用自己私钥加密）。

优点：机密性、完整性、抗抵赖性

举个例子：

使用过程：

乙方生成两把密钥（公钥和私钥）
甲方获取乙方的公钥，然后用它对信息加密。
乙方得到加密后的信息，用私钥解密，乙方也可用私钥加密字符串
甲方获取乙方私钥加密数据，用公钥解密

优缺点：优点难破解，缺点加密速度慢。

常用算法： RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法)

3. 代码实现

先写RSA 工具类：

/**
 * RSA加解密工具类
 * 
 */
public class RSAUtil {
  public static String publicKey; // 公钥
  public static String privateKey; // 私钥
  /**
   * 生成公钥和私钥
   */
  public static void generateKey() {
    // 1.初始化秘钥
    KeyPairGenerator keyPairGenerator;
    try {
      keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
      SecureRandom sr = new SecureRandom(); // 随机数生成器
      keyPairGenerator.initialize(512, sr); // 设置512位长的秘钥
      KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair(); // 开始创建
      RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
      RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
      // 进行转码
      publicKey = Base64.encodeBase64String(rsaPublicKey.getEncoded());
      // 进行转码
      privateKey = Base64.encodeBase64String(rsaPrivateKey.getEncoded());
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
      // TODO Auto-generated catch block
      e.printStackTrace();
    }
  }
  /**
   * 私钥匙加密或解密
   * 
   * @param content
   * @param privateKeyStr
   * @return
   */
  public static String encryptByprivateKey(String content, String privateKeyStr, int opmode) {
    // 私钥要用PKCS8进行处理
    PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(privateKeyStr));
    KeyFactory keyFactory;
    PrivateKey privateKey;
    Cipher cipher;
    byte[] result;
    String text = null;
    try {
      keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 还原Key对象
      privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
      cipher = Cipher.getInstance("RSA");
      cipher.init(opmode, privateKey);
      if (opmode == Cipher.ENCRYPT_MODE) { // 加密
        result = cipher.doFinal(content.getBytes());
        text = Base64.encodeBase64String(result);
      } else if (opmode == Cipher.DECRYPT_MODE) { // 解密
        result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));
        text = new String(result, "UTF-8");
      }
    } catch (Exception e) {
      // TODO Auto-generated catch block
      e.printStackTrace();
    }
    return text;
  }
  /**
   * 公钥匙加密或解密
   * 
   * @param content
   * @param privateKeyStr
   * @return
   */
  public static String encryptByPublicKey(String content, String publicKeyStr, int opmode) {
    // 公钥要用X509进行处理
    X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(publicKeyStr));
    KeyFactory keyFactory;
    PublicKey publicKey;
    Cipher cipher;
    byte[] result;
    String text = null;
    try {
      keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
      // 还原Key对象
      publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
      cipher = Cipher.getInstance("RSA");
      cipher.init(opmode, publicKey);
      if (opmode == Cipher.ENCRYPT_MODE) { // 加密
        result = cipher.doFinal(content.getBytes());
        text = Base64.encodeBase64String(result);
      } else if (opmode == Cipher.DECRYPT_MODE) { // 解密
        result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));
        text = new String(result, "UTF-8");
      }
    } catch (Exception e) {
      // TODO Auto-generated catch block
      e.printStackTrace();
    }
    return text;
  }
  // 测试方法
  public static void main(String[] args) {
    /**
     * 注意： 私钥加密必须公钥解密 公钥加密必须私钥解密
     */
    System.out.println("-------------生成两对秘钥，分别发送方和接收方保管-------------");
    RSAUtil.generateKey();
    System.out.println("公钥匙给接收方:" + RSAUtil.publicKey);
    System.out.println("私钥给发送方:" + RSAUtil.privateKey);
    System.out.println("-------------第一个栗子，私钥加密公钥解密-------------");
    // String textsr = "早啊，你吃早饭了吗？O(∩_∩)O~";
    // // 私钥加密
    // String cipherText = RSAUtil.encryptByprivateKey(textsr,
    // RSAUtil.privateKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
    // System.out.println("发送方用私钥加密后：" + cipherText);
    // // 公钥解密
    // String text = RSAUtil.encryptByPublicKey(cipherText,
    // RSAUtil.publicKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
    // System.out.println("接收方用公钥解密后：" + text);
    System.out.println("-------------第二个栗子，公钥加密私钥解密-------------");
    // 公钥加密
    String textsr = "吃过啦！你吃了吗？O(∩_∩)O~";
    String cipherText = RSAUtil.encryptByPublicKey(textsr, RSAUtil.publicKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
    System.out.println("接收方用公钥加密后：" + cipherText);
    // 私钥解密
    String text = RSAUtil.encryptByprivateKey(cipherText, RSAUtil.privateKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
    System.out.print("发送方用私钥解密后：" + text);
  }
}

使用公钥加密和私钥解密案例

public static void main(String[] args) {
    // 1. 生成(公钥和私钥)密钥对
    RSAUtil.generateKey();
    System.out.println("公钥:" + RSAUtil.publicKey);
    System.out.println("私钥:" + RSAUtil.privateKey);
    System.out.println("----------公钥加密私钥解密-------------");
    // 使用 公钥加密,私钥解密
    String textsr = "张三";
    String encryptByPublic = RSAUtil.encryptByPublicKey(textsr, RSAUtil.publicKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
    System.out.println("公钥加密:" + encryptByPublic);
    String text = RSAUtil.encryptByprivateKey(encryptByPublic, RSAUtil.privateKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
    System.out.print("私钥解密:" + text);
  }

使用私钥加密和公钥解密案例：

// 1. 生成(公钥和私钥)密钥对
    RSAUtil.generateKey();
    System.out.println("公钥:" + RSAUtil.publicKey);
    System.out.println("私钥:" + RSAUtil.privateKey);
    System.out.println("----------私加密公钥解密-------------");
    // 使用 私加密,公钥解密
    String textsr = "yushengjun";
    String encryptByprivate = RSAUtil.encryptByprivateKey(textsr, RSAUtil.privateKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
    System.out.println("私钥加密后:" + encryptByprivate);
    String encryptByPublic = RSAUtil.encryptByPublicKey(encryptByprivate, RSAUtil.publicKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
    System.out.println("公钥解密后:" + encryptByPublic);

互联网并发与安全系列教程（13） - 信息加密技术（对称&非对称加密）

1. 对称加密

1.1 常见的对称式加密技术

1.2 对称密码的优点

1.3 对称密码的缺点

1.4 对称密码案例

1.5 基于DES实现加密和解密

2. 非对称加密

3. 代码实现

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