一 非對稱加密
非對稱加密和解密花費的時間長
非對稱加密算法需要兩個密鑰：公開密鑰（publickey）和私有密鑰（privatekey）,一般使用公鑰進行加密，使用私鑰進行解密。
常見的非對稱加密算法有：RSA、ECC（移動設備用）、Diffie-Hellman、El Gamal、DSA（數字簽名用）
非對稱加密相比對稱加密的顯著優點在於，對稱加密需要協商密鑰，而非對稱加密可以安全地公開各自的公鑰，在N個人之間通信的時候：使用非對稱加密只需要N個密鑰對，每個人只管理自己的密鑰對。而使用對稱加密需要則需要N*(N-1)/2個密鑰，因此每個人需要 管理N-1個密鑰，密鑰管理難度大，而且非常容易泄漏。
Java標准庫提供了RSA算法的實現，示例代碼如下：
public class TestDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { // 明文: byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8"); // 創建公鑰／私鑰對: Secretkey mctao = new Secretkey("MCTao"); // 用MCTao的公鑰加密: byte[] pk = mctao.getPublicKey(); System.out.println(String.format("public key: %x", new BigInteger(1, pk))); byte[] encrypted = mctao.encrypt(plain); System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted))); // 用MCTao的私鑰解密: byte[] sk = mctao.getPrivateKey(); System.out.println(String.format("private key: %x", new BigInteger(1, sk))); byte[] decode = mctao.decrypt(encrypted); System.out.println(new String(decode, "UTF-8")); } } class Secretkey { String name; // 私鑰: PrivateKey sk; // 公鑰: PublicKey pk; public Secretkey(String name) throws GeneralSecurityException { super(); this.name = name; // 生成公鑰／私鑰對: KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); kpGen.initialize(1024); KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair(); this.sk = kp.getPrivate(); this.pk = kp.getPublic(); } // 把私鑰導出為字節 public byte[] getPrivateKey() { return this.sk.getEncoded(); } // 把公鑰導出為字節 public byte[] getPublicKey() { return this.pk.getEncoded(); } // 用公鑰加密: public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); return cipher.doFinal(message); } // 用私鑰解密: public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); return cipher.doFinal(input); } }
RSA的公鑰和私鑰都可以通過getEncoded()方法獲得以byte[]表示的二進制數據，並根據需要保存到文件中。要從byte[]數組恢復公鑰或私鑰，可以這么寫：
byte[] pkData = ... byte[] skData = ... KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA"); // 恢復公鑰: X509EncodedKeySpec pkSpec = new X509EncodedKeySpec(pkData); PublicKey pk = kf.generatePublic(pkSpec); // 恢復私鑰: PKCS8EncodedKeySpec skSpec = new PKCS8EncodedKeySpec(skData); PrivateKey sk = kf.generatePrivate(skSpec);
以RSA算法為例，它的密鑰有256/512/1024/2048/4096等不同的長度。長度越長，密碼強度越大，當然計算速度也越慢。
如果修改待加密的byte[]數據的大小，可以發現，使用512bit的RSA加密時，明文長度不能超過53字節，使用1024bit的RSA加密時，明文長度不能超過117字節，這也是為什么使用RSA的時候，總是配合AES一起使用，即用AES加密任意長度的明文，用RSA加密AES口令。
此外，只使用非對稱加密算法不能防止中間人攻擊。
二 對稱加密
算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高,加密和解密使用相同的密鑰加密
對稱密鑰的管理和分發工作是一件具有潛在危險的和煩瑣的過程。
常見的對稱加密算法有DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6和AES
使用AES加密
AES算法是目前應用最廣泛的加密算法。我們先用ECB模式加密並解密：
public class TestDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { // 原文: String message = "Hello, world!"; System.out.println("Message: " + message); // 128位密鑰 = 16 bytes Key: byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes("UTF-8"); // 加密: byte[] data = message.getBytes("UTF-8"); byte[] encrypted = encrypt(key, data); System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted)); // 解密: byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted); System.out.println("Decrypted: " + new String(decrypted, "UTF-8")); } // 加密: public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec); return cipher.doFinal(input); } // 解密: public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec); return cipher.doFinal(input); } }
Java標准庫提供的對稱加密接口非常簡單，使用時按以下步驟編寫代碼：
- 根據算法名稱/工作模式/填充模式獲取Cipher實例；
- 根據算法名稱初始化一個SecretKey實例，密鑰必須是指定長度；
- 使用SerectKey初始化Cipher實例，並設置加密或解密模式；
- 傳入明文或密文，獲得密文或明文。
ECB模式是最簡單的AES加密模式，它只需要一個固定長度的密鑰，固定的明文會生成固定的密文，這種一對一的加密方式會導致安全性降低，更好的方式是通過CBC模式，它需要一個隨機數作為IV參數，這樣對於同一份明文，每次生成的密文都不同：
public class TestDemo { public static void main(String[] args) throws Exception { // 原文: String message = "Hello, world!"; System.out.println("Message: " + message); // 256位密鑰 = 32 bytes Key: byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes("UTF-8"); // 加密: byte[] data = message.getBytes("UTF-8"); byte[] encrypted = encrypt(key, data); System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted)); // 解密: byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted); System.out.println("Decrypted: " + new String(decrypted, "UTF-8")); } // 加密: public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); // CBC模式需要生成一個16 bytes的initialization vector: SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong(); byte[] iv = sr.generateSeed(16); IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps); byte[] data = cipher.doFinal(input); // IV不需要保密，把IV和密文一起返回: return join(iv, data); } // 解密: public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { // 把input分割成IV和密文: byte[] iv = new byte[16]; byte[] data = new byte[input.length - 16]; System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16); System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length); // 解密: Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps); return cipher.doFinal(data); } public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) { byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length]; System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length); System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length); return r; } }
附: 標准國密算法
國密即國家密碼局認定的國產密碼算法，即商用密碼。
1 SM1對稱密碼
SM1 算法是分組密碼算法，分組長度為128位，密鑰長度都為 128 比特，算法安全保密強度及相關軟硬件實現性能與 AES 相當，算法不公開，僅以IP核的形式存在於芯片中。
采用該算法已經研制了系列芯片、智能IC卡、智能密碼鑰匙、加密卡、加密機等安全產品，廣泛應用於電子政務、電子商務及國民經濟的各個應用領域（包括國家政務通、警務通等重要領域）。
2 SM2橢圓曲線公鑰密碼算法
SM2算法就是ECC橢圓曲線密碼機制，但在簽名、密鑰交換方面不同於ECDSA、ECDH等國際標准，而是采取了更為安全的機制。另外，SM2推薦了一條256位的曲線作為標准曲線。
SM2標准包括總則，數字簽名算法，密鑰交換協議，公鑰加密算法四個部分，並在每個部分的附錄詳細說明了實現的相關細節及示例。
SM2算法主要考慮素域Fp和F2m上的橢圓曲線，分別介紹了這兩類域的表示，運算，以及域上的橢圓曲線的點的表示，運算和多倍點計算算法。然后介紹了編程語言中的數據轉換，包括整數和字節串，字節串和比特串，域元素和比特串，域元素和整數，點和字節串之間的數據轉換規則。詳細說明了有限域上橢圓曲線的參數生成以及驗證，橢圓曲線的參數包括有限域的選取、橢圓曲線方程參數、橢圓曲線群基點的選取等，並給出了選取的標准以便於驗證。最后給橢圓曲線上密鑰對的生成以及公鑰的驗證，用戶的密鑰對為（s，sP），其中s為用戶的私鑰，sP為用戶的公鑰，由於離散對數問題從sP難以得到s，並針對素域和二元擴域給出了密鑰對生成細節和驗證方式。總則中的知識也適用於SM9算法。
在總則的基礎上給出了數字簽名算法（包括數字簽名生成算法和驗證算法），密鑰交換協議以及公鑰加密算法（包括加密算法和解密算法），並在每個部分給出了算法描述，算法流程和相關示例。
數字簽名算法、密鑰交換協議以及公鑰加密算法都使用了國家密管理局批准的SM3密碼雜湊算法和隨機數發生器。數字簽名算法、密鑰交換協議以及公鑰加密算法根據總則來選取有限域和橢圓曲線，並生成密鑰對。
SM2算法在很多方面都優於RSA算法。
3 SM3雜湊算法
SM3密碼雜湊（哈希、散列）算法給出了雜湊函數算法的計算方法和計算步驟，並給出了運算示例。此算法適用於商用密碼應用中的數字簽名和驗證，消息認證碼的生成與驗證以及隨機數的生成，可滿足多種密碼應用的安全需求。在SM2，SM9標准中使用。
此算法對輸入長度小於2的64次方的比特消息，經過填充和迭代壓縮，生成長度為256比特的雜湊值，其中使用了異或，模，模加，移位，與，或，非運算，由填充，迭代過程，消息擴展和壓縮函數所構成。具體算法及運算示例見SM3標准。
4 SM4對稱算法
此算法是一個分組算法，用於無線局域網產品。該算法的分組長度為128比特，密鑰長度為128比特。加密算法與密鑰擴展算法都采用32輪非線性迭代結構。解密算法與加密算法的結構相同，只是輪密鑰的使用順序相反，解密輪密鑰是加密輪密鑰的逆序。
此算法采用非線性迭代結構，每次迭代由一個輪函數給出，其中輪函數由一個非線性變換和線性變換復合而成，非線性變換由S盒所給出。其中rki為輪密鑰，合成置換T組成輪函數。輪密鑰的產生與上圖流程類似，由加密密鑰作為輸入生成，輪函數中的線性變換不同，還有些參數的區別。SM4算法的具體描述和示例見SM4標准。
SM7對稱密碼
SM7算法，是一種分組密碼算法，分組長度為128比特，密鑰長度為128比特。SM7適用於非接觸式IC卡，應用包括身份識別類應用(門禁卡、工作證、參賽證)，票務類應用(大型賽事門票、展會門票)，支付與通卡類應用（積分消費卡、校園一卡通、企業一卡通等）。
SM9標識密碼算法
為了降低公開密鑰系統中密鑰和證書管理的復雜性，以色列科學家、RSA算法發明人之一Adi Shamir在1984年提出了標識密碼（Identity-Based Cryptography）的理念。標識密碼將用戶的標識（如郵件地址、手機號碼、QQ號碼等）作為公鑰，省略了交換數字證書和公鑰過程，使得安全系統變得易於部署和管理，非常適合端對端離線安全通訊、雲端數據加密、基於屬性加密、基於策略加密的各種場合。2008年標識密碼算法正式獲得國家密碼管理局頒發的商密算法型號：SM9(商密九號算法)，為我國標識密碼技術的應用奠定了堅實的基礎。
SM9算法不需要申請數字證書，適用於互聯網應用的各種新興應用的安全保障。如基於雲技術的密碼服務、電子郵件安全、智能終端保護、物聯網安全、雲存儲安全等等。這些安全應用可采用手機號碼或郵件地址作為公鑰，實現數據加密、身份認證、通話加密、通道加密等安全應用，並具有使用方便，易於部署的特點，從而開啟了普及密碼算法的大門。
ZUC祖沖之算法
祖沖之序列密碼算法是中國自主研究的流密碼算法,是運用於移動通信4G網絡中的國際標准密碼算法,該算法包括祖沖之算法(ZUC)、加密算法(128-EEA3)和完整性算法(128-EIA3)三個部分。目前已有對ZUC算法的優化實現，有專門針對128-EEA3和128-EIA3的硬件實現與優化。