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Java加解密与数字签名

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Java

Java加解密

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实现方式：JDK实现，CC，BC
JDK提供比较基础的底层的实现；CC提供一些简化的操作；BC提供补充

一、Base64加密

非常简单，加密解密就一个函数。
代码如下：

public static void jdkBase64() {
        try {
            //加密：
            BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
            String encode = encoder.encode(src.getBytes());
            System.out.println("encode : " + encode);

            //解密
            BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
            String decode = new String(decoder.decodeBuffer(encode));
            System.out.println("decode : " + decode);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void commonsCodesBase64(){
        //加密
        byte[] encodeBytes = Base64.encodeBase64(src.getBytes());
        System.out.println("encode : " + new String(encodeBytes));
        //解密
        byte[] decodeBytes = Base64.decodeBase64(encodeBytes);
        System.err.println("decode : " + new String(decodeBytes));
    }

二、消息摘要算法加密————主要用于验证数据完整性。

MD（消息摘要）：

public static void jdkMD5(){
        try {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] md5Bytes = md.digest(src.getBytes());
            //把byte数组转换为字符串
            System.out.println("jdkmd5 : " + Hex.encodeHexString(md5Bytes));//CC实现转换
                } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

SHA（安全散列）
JDK实现和MD一样。
BC实现如下：（Digest类）

public static void bcSHA1() {
        Digest digest = new SHA1Digest();
        digest.update(src.getBytes(), 0, src.getBytes().length);
        byte[] sha1Bytes = new byte[digest.getDigestSize()];
        digest.doFinal(sha1Bytes, 0);
        System.out.println("bc sha-1 : " + org.bouncycastle.util.encoders.Hex.toHexString(sha1Bytes));
    }

CC实现最简单（就是一个DigestUtils的静态方法）：

public static void ccSHA1() {
        System.out.println("cc sha1 - 1 :" + DigestUtils.sha1Hex(src.getBytes()));
        System.out.println("cc sha1 - 2 :" + DigestUtils.sha1Hex(src));
    }

MAC（消息认证码）——含有密钥的散列函数算法
兼容MD和SHA的特性，但加入了密钥。
主要JDK和Bouncy Castle实现。
JDK实现：获取或定义密钥（byte[]数组），Mac类实例化、初始化、执行。
BC实现：Hmac类实例化、初始化、执行。

三、对称加解密
对称加密指加密和解密使用相同密钥的加密算法。这里将介绍DES、3重DES、AES和PBE几种常见的对称加密算法在Java中的实现。
DES、3DES、AES（密钥）、PBE（口令和盐）
DES：
JDK实现：生成并转换Key；Cipher类的实例化（getInstance）、初始化（init选择模式与Key）；执行（doFinal）加解密。
推荐BC实现方式：Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
然后剩下的代码就可以和JDK实现代码基本一样了。

3DES、AES实现基本一样，所以就不一一介绍。。。

PBE（基于口令的加密）
特点：通过 salt + 口令
实现：初始化盐；生成口令；Cipher类加解密。

四、非对称加解密
非对称加密算法是一种基于密钥的保密方法，需要公开密钥和私有密钥，在文件加密、尤其是网银中应用广泛。这里主要介绍非对称加密算法的实现过程，DH、RSA和ELGamal等几种常见的非对称加密算法的在Java中的应用。

概念：公钥、私钥；
DH(密钥交换算法)：
代码实现有些麻烦
——初始化发送方密钥
-KeyPairGenerator ：能产生KeyPair
-KeyPair ：常用的密钥载体，称为密钥对，分为公钥PublicKey与私钥PrivateKey。
-PublicKey
——初始化接收方密钥
-KeyFactory ：密钥工厂，生成密钥，通过某种密钥的规范来还原密钥
-X509EncodedKeySpec ：根据ASN.1进行密钥编码
-DHPublicKey ：
-DHParameterSpec ：遵从DH算法发参数的集合
-KeyPairGenerator ：
-PrivateKey ：
——双发根据公布的对方的PublicKey构建本地密钥，
——构建出来的本地密钥是一致的
-KeyAgreement ：用来提供密钥一致性协议
-SecretKey ：秘密密钥，对称
-KeyFactory
-X509EncodedKeySpec
-PublicKey
——加密、解密（利用本地密钥）
-Cipher ：为加密和解密提供密码功能的类

解释：
首先，发送方产生密钥对，并公开公钥；接收方根据这个公钥产生密钥对，然后也公开自己的公钥。
然后，发送方根据接收方的公钥产生自己本地的密钥（本地密钥一般是采用对称密钥），接收方也根据发送方的公钥产生自己本地的密钥。其实，这样双方产生的本地密钥是相同的。
最后，双方就可以利用本地密钥进行加解密了。

RSA（基于因子分解）：代码实现较为简单
初始化密钥（包含公钥、密钥）。
可以利用公钥加密，私钥解密；也可以私钥加密，公钥解密
使用过程：双方分别掌握公钥与私钥中的一种，然后就可以加密并传输数据了。

public static void jdkRSA() {
        try {
            //1.初始化密钥
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
            System.out.println("Public Key : " + Base64.encodeBase64String(rsaPublicKey.getEncoded())); 
            System.out.println("Private Key : " + Base64.encodeBase64String(rsaPrivateKey.getEncoded())); 

            //2.私钥加密、公钥解密——加密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("私钥加密、公钥解密——加密 : " + Base64.encodeBase64String(result));

            //3.私钥加密、公钥解密——解密
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("私钥加密、公钥解密——解密：" + new String(result));

            //4.公钥加密、私钥解密——加密
            x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("公钥加密、私钥解密——加密 : " + Base64.encodeBase64String(result));

            //5.公钥加密、私钥解密——解密
            pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("公钥加密、私钥解密——解密：" + new String(result));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

EIGamal（基于离散因数）
JDK没有实现，只能利用BC实现。
首先，Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
之后实现类似于RSA。

五．Java实现数字签名

数字签名用于鉴别数字信息，公钥和私钥，私钥对数据签名，公钥用于检验。
过程为：首先初始化一个密钥对，在密钥对的基础上进行签名与验证。
1、RSA：既可以加解密，也可以数字签名。
初始化密钥对：KeyPairGenerator、KeyPair、RSAPublic、PSAPrivate；
执行签名；Signature类
验证签名；Signature类
2、DSA（数字签名算法）
初始化密钥对，公钥、私钥；
执行签名，用私钥签名；
验证签名，用公钥验证；
3、ECDSA
微软序列号便是采用的ECDSA算法进行的签名。速度快，强度高，签名短。
初始化密钥对；
执行签名；
验证签名