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對稱加密與非對稱加密實戰

發布時間：2023-07-03 13:39:55 作者：網友整理

對稱加密

需要對加密和解密使用相同密鑰的加密算法。由于其速度快，對稱性加密通常在消息發送方需要加密大量數據時使用。對稱性加密也稱為密鑰加密。

所謂對稱，就是采用這種加密方法的雙方使用方式用同樣的密鑰進行加密和解密。密鑰是控制加密及解密過程的指令。算法是一組規則，規定如何進行加密和解密。

因此加密的安全性不僅取決于加密算法本身，密鑰管理的安全性更是重要。因為加密和解密都使用同一個密鑰，如何把密鑰安全地傳遞到解密者手上就成了必須要解決的問題。

DES

DES是一種對稱加密算法，是一種非常簡便的加密算法，但是密鑰長度比較短。DES加密算法出自IBM的研究，后來被美國政府正式采用，之后開始廣泛流傳，但是近些年使用越來越少，因為DES使用56位密鑰，以現代計算能力，24小時內即可被破解。

public class DESUtil {

    private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";//默認的加密算法

    /**
     * DES 加密操作
     *
     * @param content 待加密內容
     * @param key 加密密鑰
     * @return 返回Base64轉碼后的加密數據
     */
    public static String encrypt(String content, String key) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);// 創建密碼器

            byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getSecretKey(key));// 初始化為加密模式的密碼器

            byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);// 加密

            return Base64.encodeBase64String(result);//通過Base64轉碼返回
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(DESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * DES 解密操作
     *
     * @param content
     * @param key
     * @return
     */
    public static String decrypt(String content, String key) {

        try {
            //實例化
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);

            //使用密鑰初始化，設置為解密模式
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, getSecretKey(key));

            //執行操作
            byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));

            return new String(result, "utf-8");
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(DESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * 生成加密秘鑰
     *
     * @return
     */
    private static SecretKeySpec getSecretKey(final String key) {
        //返回生成指定算法密鑰生成器的 KeyGenerator 對象
        KeyGenerator kg = null;

        try {
            kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);

            //DES 要求密鑰長度為 56
            kg.init(56, new SecureRandom(key.getBytes()));

            //生成一個密鑰
            SecretKey secretKey = kg.generateKey();

            return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), KEY_ALGORITHM);// 轉換為DES專用密鑰
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            Logger.getLogger(DESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }


}
對稱加密與非對稱加密實戰

 

3DES加密

3DES是一種對稱加密算法，在 DES 的基礎上，使用三重數據加密算法對數據進行加密，相當于是對每個數據塊應用三次 DES 加密算法。通過增加 DES 的密鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設計一種全新的塊密碼算法這樣來說，破解的概率就小了很多。缺點由于使用了三重數據加密算法，比較耗性能。

public class TripDESUtil {

    private static final String KEY_ALGORITHM = "DESede";
    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "DESede/ECB/PKCS5Padding";//默認的加密算法

    /**
     * DESede 加密操作
     *
     * @param content 待加密內容
     * @param key 加密密鑰
     * @return 返回Base64轉碼后的加密數據
     */
    public static String encrypt(String content, String key) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);// 創建密碼器

            byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getSecretKey(key));// 初始化為加密模式的密碼器

            byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);// 加密

            return Base64.encodeBase64String(result);//通過Base64轉碼返回
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(TripDESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * DESede 解密操作
     *
     * @param content
     * @param key
     * @return
     */
    public static String decrypt(String content, String key) {

        try {
            //實例化
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);

            //使用密鑰初始化，設置為解密模式
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, getSecretKey(key));

            //執行操作
            byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));

            return new String(result, "utf-8");
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(TripDESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * 生成加密秘鑰
     *
     * @return
     */
    private static SecretKeySpec getSecretKey(final String key) {
        //返回生成指定算法密鑰生成器的 KeyGenerator 對象
        KeyGenerator kg = null;

        try {
            kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);

            //DESede
            kg.init(new SecureRandom(key.getBytes()));

            //生成一個密鑰
            SecretKey secretKey = kg.generateKey();

            return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), KEY_ALGORITHM);// 轉換為DESede專用密鑰
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            Logger.getLogger(TripDESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

}
對稱加密與非對稱加密實戰

 

AES加密

密碼學中的高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES），又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府采用的一種區塊加密標準。

public class AESUtil {

    private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";
    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";//默認的加密算法

    /**
     * AES 加密操作
     *
     * @param content 待加密內容
     * @param key 加密密鑰
     * @return 返回Base64轉碼后的加密數據
     */
    public static String encrypt(String content, String key) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);// 創建密碼器

            byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getSecretKey(key));// 初始化為加密模式的密碼器

            byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);// 加密

            return Base64.encodeBase64String(result);//通過Base64轉碼返回
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * AES 解密操作
     *
     * @param content
     * @param key
     * @return
     */
    public static String decrypt(String content, String key) {

        try {
            //實例化
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);

            //使用密鑰初始化，設置為解密模式
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, getSecretKey(key));

            //執行操作
            byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));

            return new String(result, "utf-8");
        } catch (Exception ex) {
            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

    /**
     * 生成加密秘鑰
     *
     * @return
     */
    private static SecretKeySpec getSecretKey(final String key) {
        //返回生成指定算法密鑰生成器的 KeyGenerator 對象
        KeyGenerator kg = null;

        try {
            kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);

            //AES 要求密鑰長度為 128
            kg.init(128, new SecureRandom(key.getBytes()));

            //生成一個密鑰
            SecretKey secretKey = kg.generateKey();

            return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), KEY_ALGORITHM);// 轉換為AES專用密鑰
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }

        return null;
    }

}
對稱加密與非對稱加密實戰

 

 

非對稱加密

非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰（publickey:簡稱公鑰）和私有密鑰（privatekey:簡稱私鑰）。

公鑰與私鑰是一對，如果用公鑰對數據進行加密，只有用對應的私鑰才能解密。

因為加密和解密使用的是兩個不同的密鑰，所以這種算法叫作非對稱加密算法。

非對稱加密算法實現機密信息交換的基本過程是：甲方生成一對密鑰并將公鑰公開，需要向甲方發送信息的其他角色(乙方)使用該密鑰(甲方的公鑰)對機密信息進行加密后再發送給甲方；甲方再用自己私鑰對加密后的信息進行解密。甲方想要回復乙方時正好相反，使用乙方的公鑰對數據進行加密，同理，乙方使用自己的私鑰來進行解密。

算法強度復雜、安全性依賴于算法與密鑰但是由于其算法復雜，而使得加密解密速度沒有對稱加密解密的速度快。對稱密碼體制中只有一種密鑰，并且是非公開的，如果要解密就得讓對方知道密鑰。所以保證其安全性就是保證密鑰的安全，而非對稱密鑰體制有兩種密鑰，其中一個是公開的，這樣就可以不需要像對稱密碼那樣傳輸對方的密鑰了。這樣安全性就大了很多。

RSA加密

RSA是一種非對稱加密算法.RSA有兩個密鑰，一個是公開的，稱為公開密鑰；一個是私密的，稱為私密密鑰。公開密鑰是對大眾公開的，私密密鑰是服務器私有的，兩者不能互推得出。用公開密鑰對數據進行加密，私密密鑰可解密；私密密鑰對數據加密，公開密鑰可解密。速度較對稱加密慢。

public class RSAUtils {
    /**
     * 加密算法RSA
     */
    public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";

    /**
     * 簽名算法
     */
    public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

    /**
     * 獲取公鑰的key
     */
    private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";

    /**
     * 獲取私鑰的key
     */
    private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

    /**
     * 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;

    /**
     * <p>
     * 生成密鑰對(公鑰和私鑰)
     * </p>
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static Map<String, Object> genKeyPair() 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();
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }

    /**
     * <p>
     * 用私鑰對信息生成數字簽名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
        byte[] keyBytes = decode(privateKey);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PrivateKey privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initSign(privateK);
        signature.update(data);
        return encode(signature.sign());
    }

    /**
     * <p>
     * 校驗數字簽名
     * </p>
     *
     * @param data 已加密數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @param sign 數字簽名
     *
     * @return
     * @throws Exception
     *
     */
    public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        PublicKey publicK = keyFactory.generatePublic(keySpec);
        Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
        signature.initVerify(publicK);
        signature.update(data);
        return signature.verify(decode(sign));
    }

    /**
     * <P>
     * 私鑰解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encryptedData, String privateKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = 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.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段解密
        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 decryptedData;
    }

    /**
     * <p>
     * 公鑰解密
     * </p>
     *
     * @param encryptedData 已加密數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] encryptedData, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段解密
        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 decryptedData;
    }

    /**
     * <p>
     * 公鑰加密
     * </p>
     *
     * @param data 源數據
     * @param publicKey 公鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String publicKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = decode(publicKey);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 對數據加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

    /**
     * <p>
     * 私鑰加密
     * </p>
     *
     * @param data 源數據
     * @param privateKey 私鑰(BASE64編碼)
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String privateKey)
            throws Exception {
        byte[] keyBytes = 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.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = data.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 對數據分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(data, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return encryptedData;
    }

    /**
     * <p>
     * 獲取私鑰
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
            throws Exception {
        Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return encode(key.getEncoded());
    }

    /**
     * <p>
     * 獲取公鑰
     * </p>
     *
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
            throws Exception {
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return encode(key.getEncoded());
    }

    public static byte[] decode(String base64) throws Exception {
        return Base64.decode(base64.getBytes());
    }

    /**
     * <p>
     * 二進制數據編碼為BASE64字符串
     * </p>
     *
     * @param bytes
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String encode(byte[] bytes) throws Exception {
        return new String(Base64.encode(bytes));
    }
}

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