Java加密技術

如基本的單向加密算法： 

• BASE64 嚴格地說，屬於編碼格式，而非加密算法
• MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
• SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
• HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鑒別碼)

    復雜的對稱加密（DES、PBE）、非對稱加密算法： 

• DES(Data Encryption Standard，數據加密算法)
• PBE(Password-based encryption，基於密碼驗證)
• RSA(算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
• DH(Diffie-Hellman算法，密鑰一致協議)
• DSA(Digital Signature Algorithm，數字簽名)
• ECC(Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學)

    本篇內容簡要介紹BASE64、MD5、SHA、HMAC幾種方法。 
    MD5、SHA、HMAC這三種加密算法，可謂是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。我們通常只把他們作為加密的基礎。單純的以上三種的加密並不可靠。 

BASE64 
按照RFC2045的定義，Base64被定義為：Base64內容傳送編碼被設計用來把任意序列的8位字節描述為一種不易被人直接識別的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.） 
常見於郵件、http加密，截取http信息，你就會發現登錄操作的用戶名、密碼字段通過BASE64加密的。 

 

通過java代碼實現如下： 

/**
 * BASE64解密
 *
 * @param key
 * @return
 * @throws Exception
 */
public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
    return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
}

/**
 * BASE64加密
 *
 * @param key
 * @return
 * @throws Exception
 */
public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
    return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
}

主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder兩個類，我們只需要知道使用對應的方法即可。另，BASE加密后產生的字節位數是8的倍數，如果不夠位數以=符號填充。 

MD5 
MD5 -- message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）縮寫，廣泛用於加密和解密技術，常用於文件校驗。校驗？不管文件多大，經過MD5后都能生成唯一的MD5值。好比現在的ISO校驗，都是MD5校驗。怎么用？當然是把ISO經過MD5后產生MD5的值。一般下載linux-ISO的朋友都見過下載鏈接旁邊放着MD5的串。就是用來驗證文件是否一致的。 

 

通過java代碼實現如下： 

/**
 * MD5加密
 *
 * @param data
 * @return
 * @throws Exception
 */
public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

    MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
    md5.update(data);

    return md5.digest();

}

通常我們不直接使用上述MD5加密。通常將MD5產生的字節數組交給BASE64再加密一把，得到相應的字符串。 

SHA 
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法），數字簽名等密碼學應用中重要的工具，被廣泛地應用於電子商務等信息安全領域。雖然，SHA與MD5通過碰撞法都被破解了， 但是SHA仍然是公認的安全加密算法，較之MD5更為安全。 

 

通過java代碼實現如下： 

    /**
     * SHA加密
     *
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

        MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
        sha.update(data);

        return sha.digest();

    }
}

HMAC 
HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鑒別碼，基於密鑰的Hash算法的認證協議。消息鑒別碼實現鑒別的原理是，用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作為認證標識，用這個標識鑒別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即MAC，並將其加入到消息中，然后傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑒別認證等。 

 

通過java代碼實現如下： 

/**
 * 初始化HMAC密鑰
 *
 * @return
 * @throws Exception
 */
public static String initMacKey() throws Exception {
    KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

    SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
    return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
}

/**
 * HMAC加密
 *
 * @param data
 * @param key
 * @return
 * @throws Exception
 */
public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
    Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
    mac.init(secretKey);

    return mac.doFinal(data);

}

給出一個完整類，如下： 

import java.security.MessageDigest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

/**
 * 基礎加密組件
 *
 * @author 梁棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class Coder {
    public static final String KEY_SHA = "SHA";
    public static final String KEY_MD5 = "MD5";

    /**
     * MAC算法可選以下多種算法
     *
     * <pre>
     * HmacMD5
     * HmacSHA1
     * HmacSHA256
     * HmacSHA384
     * HmacSHA512
     * </pre>
     */
    public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";

    /**
     * BASE64解密
     *
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
        return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
    }

    /**
     * BASE64加密
     *
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
        return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
    }

    /**
     * MD5加密
     *
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

        MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
        md5.update(data);

        return md5.digest();

    }

    /**
     * SHA加密
     *
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

        MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
        sha.update(data);

        return sha.digest();

    }

    /**
     * 初始化HMAC密鑰
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String initMacKey() throws Exception {
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
    }

    /**
     * HMAC加密
     *
     * @param data
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
        Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        mac.init(secretKey);

        return mac.doFinal(data);

    }
}

再給出一個測試類： 

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
 *
 * @author 梁棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class CoderTest {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String inputStr = "簡單加密";
        System.err.println("原文:\n" + inputStr);

        byte[] inputData = inputStr.getBytes();
        String code = Coder.encryptBASE64(inputData);

        System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);

        byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);

        String outputStr = new String(output);

        System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);

        // 驗證BASE64加密解密一致性
        assertEquals(inputStr, outputStr);

        // 驗證MD5對於同一內容加密是否一致
        assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
                .encryptMD5(inputData));

        // 驗證SHA對於同一內容加密是否一致
        assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
                .encryptSHA(inputData));

        String key = Coder.initMacKey();
        System.err.println("Mac密鑰:\n" + key);

        // 驗證HMAC對於同一內容，同一密鑰加密是否一致
        assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(
                inputData, key));

        BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
        System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));

        BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
        System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));

        BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
        System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));
    }
}

控制台輸出： 

原文:
簡單加密
BASE64加密后:
566A5Y2V5Yqg5a+G

BASE64解密后:
簡單加密
Mac密鑰:
uGxdHC+6ylRDaik++leFtGwiMbuYUJ6mqHWyhSgF4trVkVBBSQvY/a22xU8XT1RUemdCWW155Bke
pBIpkd7QHg==

MD5:
-550b4d90349ad4629462113e7934de56
SHA:
91k9vo7p400cjkgfhjh0ia9qthsjagfn
HMAC:
2287d192387e95694bdbba2fa941009a

注意 
編譯時，可能會看到如下提示： 

引用

 

警告：sun.misc.BASE64Decoder 是 Sun 的專用 API，可能會在未來版本中刪除 

import sun.misc.BASE64Decoder; 
               ^ 
警告：sun.misc.BASE64Encoder 是 Sun 的專用 API，可能會在未來版本中刪除 

import sun.misc.BASE64Encoder; 
               ^ 

BASE64Encoder和BASE64Decoder是非官方JDK實現類。雖然可以在JDK里能找到並使用，但是在API里查不到。JRE 中 sun 和 com.sun 開頭包的類都是未被文檔化的，他們屬於 java, javax 類庫的基礎，其中的實現大多數與底層平台有關，一般來說是不推薦使用的。 


    BASE64的加密解密是雙向的，可以求反解。 
    MD5、SHA以及HMAC是單向加密，任何數據加密后只會產生唯一的一個加密串，通常用來校驗數據在傳輸過程中是否被修改。其中HMAC算法有一個密鑰，增強了數據傳輸過程中的安全性，強化了算法外的不可控因素。 
    單向加密的用途主要是為了校驗數據在傳輸過程中是否被修改。 

 接下來我們介紹對稱加密算法，最常用的莫過於DES數據加密算法。 
DES 
DES-Data Encryption Standard,即數據加密算法。是IBM公司於1975年研究成功並公開發表的。DES算法的入口參數有三個:Key、Data、Mode。其中Key為8個字節共64位,是DES算法的工作密鑰;Data也為8個字節64位,是要被加密或被解密的數據;Mode為DES的工作方式,有兩種:加密或解密。 
　　DES算法把64位的明文輸入塊變為64位的密文輸出塊,它所使用的密鑰也是64位。 

 

通過java代碼實現如下：Coder類見 Java加密技術（一） 

import java.security.Key;
import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;


/**
 * DES安全編碼組件
 *
 * <pre>
 * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR)
 * DES                  key size must be equal to 56
 * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168
 * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
 * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
 * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits
 * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits
 * 具體內容 需要關注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html
 * </pre>
 *
 * @author 梁棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class DESCoder extends Coder {
    /**
     * ALGORITHM 算法 <br>
     * 可替換為以下任意一種算法，同時key值的size相應改變。
     *
     * <pre>
     * DES                  key size must be equal to 56
     * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168
     * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
     * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
     * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits
     * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits
     * </pre>
     *
     * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代碼
     * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替換
     * <code>
     * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
     * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
     * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
     * </code>
     */
    public static final String ALGORITHM = "DES";

    /**
     * 轉換密鑰<br>
     *
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
        DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);

        // 當使用其他對稱加密算法時，如AES、Blowfish等算法時，用下述代碼替換上述三行代碼
        // SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);

        return secretKey;
    }

    /**
     * 解密
     *
     * @param data
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
        Key k = toKey(decryptBASE64(key));

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);

        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 加密
     *
     * @param data
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
        Key k = toKey(decryptBASE64(key));
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);

        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 生成密鑰
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String initKey() throws Exception {
        return initKey(null);
    }

    /**
     * 生成密鑰
     *
     * @param seed
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String initKey(String seed) throws Exception {
        SecureRandom secureRandom = null;

        if (seed != null) {
            secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));
        } else {
            secureRandom = new SecureRandom();
        }

        KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        kg.init(secureRandom);

        SecretKey secretKey = kg.generateKey();

        return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
    }
}

延續上一個類的實現，我們通過MD5以及SHA對字符串加密生成密鑰，這是比較常見的密鑰生成方式。 
再給出一個測試類： 

import static org.junit.Assert.*;


import org.junit.Test;

/**
 *
 * @author 梁棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class DESCoderTest {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String inputStr = "DES";
        String key = DESCoder.initKey();
        System.err.println("原文:\t" + inputStr);

        System.err.println("密鑰:\t" + key);

        byte[] inputData = inputStr.getBytes();
        inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);

        System.err.println("加密后:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));

        byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);
        String outputStr = new String(outputData);

        System.err.println("解密后:\t" + outputStr);

        assertEquals(inputStr, outputStr);
    }
}

得到的輸出內容如下： 

原文: DES
密鑰: f3wEtRrV6q0=

加密后:    C6qe9oNIzRY=

解密后:    DES

    由控制台得到的輸出，我們能夠比對加密、解密后結果一致。這是一種簡單的加密解密方式，只有一個密鑰。 
    其實DES有很多同胞兄弟，如DESede(TripleDES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR)。這里就不過多闡述了，大同小異，只要換掉ALGORITHM換成對應的值，同時做一個代碼替換SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);就可以了，此外就是密鑰長度不同了。 

/**
 * DES          key size must be equal to 56
 * DESede(TripleDES) key size must be equal to 112 or 168
 * AES          key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
 * Blowfish     key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
 * RC2          key size must be between 40 and 1024 bits
 * RC4(ARCFOUR) key size must be between 40 and 1024 bits
 **/
甲方構建密鑰對兒，將公鑰公布給乙方，將私鑰保留。
甲方使用私鑰加密數據，然后用私鑰對加密后的數據簽名，發送給乙方簽名以及加密后的數據；乙方使用公鑰、簽名來驗證待解密數據是否有效，如果有效使用公鑰對數據解密。
乙方使用公鑰加密數據，向甲方發送經過加密后的數據；甲方獲得加密數據，通過私鑰解密。





通過keytool密鑰庫導入命令importkeystore，將密鑰庫格式由PKCS#12轉換為JKS。
檢索新生成的密鑰庫文件，提取別名信息。
由密鑰庫文件導出數字證書（這里將用到別名）。
通過代碼提取公鑰/私鑰、簽名算法等