Java中常用的加密方式(附多个工具类)(一)

本文转载自查看原文 2022-03-07 15:47 931 加密

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);
}

附工具类

package com.hl.bluetooth.util;

import org.springframework.boot.system.ApplicationHome;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.multipart.MultipartFile;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

import java.io.*;
import java.util.Objects;

/**
 * @DateL 2021/11/16 15:09
 * @ClassName: FileUtils
 **/
@Component
public class FileUtils {


    public static File multipartFileToFile(MultipartFile multipartFile) {
        File file = new File(Objects.requireNonNull(multipartFile.getOriginalFilename()));
        try {
            InputStream ins = null;
            ins = multipartFile.getInputStream();
            OutputStream os = new FileOutputStream(file);
            int bytesRead = 0;
            byte[] buffer = new byte[8192];
            while ((bytesRead = ins.read(buffer, 0, 8192)) != -1) {
                os.write(buffer, 0, bytesRead);
            }
            os.close();
            ins.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return file;
    }

    /**
     * 图片转化成base64字符串
     *
     */
    public static String getImageStr(String imgPath) {
        InputStream in = null;
        byte[] data = null;
        String encode = null;
        // 对字节数组Base64编码
        BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
        try {
            // 读取图片字节数组
            in = new FileInputStream(imgPath);
            data = new byte[in.available()];
            in.read(data);
            encode = encoder.encode(data);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                in.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return encode;
    }

    /**
     * base64字符串转化成图片
     *
     * @param imgData     图片编码
     */
    public static String generateImage(String imgData, String fileName)  {
        if (imgData == null) {
            // 图像数据为空
            return "null";
        }
        ApplicationHome applicationHome = new ApplicationHome(FileUtils.class);
        File source = applicationHome.getSource();
        String dirPath = source.getParentFile().toString() + "/upload";
        BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();

        File dir = new File(dirPath);
        if (!dir.exists()){
            dir.mkdirs();
        }
        File file = new File(dirPath+"/"+fileName);
        if (file.exists()){
            file.delete();
        }
        try {
            // Base64解码
            byte[] b = decoder.decodeBuffer(imgData);
            for (int i = 0; i < b.length; ++i) {
                // 调整异常数据
                if (b[i] < 0) {
                    b[i] += 256;
                }
            }
            OutputStream out = new FileOutputStream(dirPath+"\\"+fileName);
            out.write(b);
            out.flush();
            out.close();
            return dirPath+"\\"+fileName;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "null";
        }
    }




}

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