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java的加密和安全——常见哈希算法,对称式加密和不对称式加密

武飞扬头像
无解的黑眼圈
帮助1

目录

一、编码算法

1、URL编码

1.1、概念

1.2、代码示例(编码和解码)对URL中的中文进行编码

 对URL中的中文进行解码

2、Base64编码

2.1、基本概念

2.2、

解码内容:

 2.3、用Base64进行图片的编码和解码

 2.4、从文本文件中读取Mp3文件

二、常见的哈希算法总结

2.1

哈希算法(Hash)又称摘要算法(Digest),它的作业是:对任意一组输入数据进行计算,得到一个固定长度的输出摘要。哈希算法的目的是;为了验证原始数据是否被篡改。

2.2

2.3常用哈希算法:

三、"HmacMD5"加密普通字符串

四、对称式加密

1、概述

2.在软件开发中,常用的对称加密算法有:

 3、使用AES加密

3.1、ECB工作模式

3.2、CBC工作模式

五、非对称加密算法

1.概述

2.代码实现(RSA算法)

3、对称式加密和非对称式加密的区别


一、编码算法

常见的编码有ASCII码、Unicode编码。

字母A的编码是十六进制的0x41,字母B是0x42,以此类推;ASCII只能用于英文编码,最多只能有127个字符。要想对更多的文字进行编码,就需要用占用两个字节的Unicode.而中文的“中”字使用Unicode编码就是0x4e2d,使用UTF-8则需要3个字节编码。

所以,最简单的编码是直接给每个字符指定一个若干字节表示的整数,复杂一点的编码就需要根据已有的编码推算出来。比如UTF-8编码,它是一种不定长编码,但可以从给定字符的Unicode编码推算出来。

1、URL编码

1.1、概念

URL编码是浏览器发送给服务器时使用的编码,它通常附加在URL的参数部分,eg

https://www.百度.com/s?wd=杨颖

之所以需要URL编码,是因为处于兼容性考虑,很多服务器只识别ASCII字符。但如果URL中包含中文,日文这些非ASCII字符怎么办?URL编码有一套规则:
·如果字符是A~z,a~z, 0~9以及-,_,.,*,则保持不变;
·如果是其他字符,先转换为UTF-8编码,然后对每个字节以%xx表
示。
例如:字符"中"的UTF-8编码是0xe4b8ad,因此,它的URL编码是中。URL编码总是大写。

1.2、代码示例(编码和解码)
对URL中的中文进行编码

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4.  
    import java.net.URLDecoder;
  5.  
    import java.net.URLEncoder;
  6.  
     
  7.  
    public class Test01 {
  8.  
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
  9.  
    String url = "http://www.百度.com/s?wd=";
  10.  
    String value = "杨颖";
  11.  
     
  12.  
    //对URL中的中文进行编码
  13.  
    String result = URLEncoder.encode(value, "utf-8");
  14.  
    System.out.println("URL参数:" result);
  15.  
    System.out.println("完整网址:" (url result));
  16.  
     
  17.  
     
  18.  
    }
  19.  
     
  20.  
    }
学新通

学新通

 对URL中的中文进行解码

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4.  
    import java.net.URLDecoder;
  5.  
    import java.net.URLEncoder;
  6.  
     
  7.  
    public class Test01 {
  8.  
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
  9.  
     
  10.  
    //对URL中的中文进行解码
  11.  
    String param = "https://www.百度.com/s?wd=
  12.  
    我本将心向明月\r\n";
  13.  
    String conent = URLDecoder.decode(param, "utf-8");
  14.  
    System.out.println(conent);
  15.  
    }
  16.  
     
  17.  
    }
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 学新通

 注意:URL编码是编码算法,不是加密算法。

URL编码目的:把任意文本数据编码为%前缀表示的文本,编码后的文本仅包含A-Z,a-z,0-9,-,_,.,*和%,便于浏览器和服务器处理。

2、Base64编码

2.1、基本概念

URL 编码是对字符进行编码,表示成%xx的形式,而Base64编码是对二进制数据进行编码,表示成文本格式。
Base64编码可以把任意长度的二进制数据变为纯文本,并且纯文本内容中且只包含指定字符内
容:A~2 .a~z、0~9、 、7、日。它的原理是把3字节的二进制数据按6bit一组,用4个int整数表示,然后查表,把int整数用索引对应到字符,得到的字符串。
6位整数的范围总是e ~63,所以,能用64个字符表示:字符A~z 对应索引e~ 25,字符a~z对应索引26~5

2.2、

在java中,二进制数据就是byte[ ] 数组、Java标准库提供Base64来对byte[ ]数组进行编码:

编码代码示例:使用Base64.getEncoder().encodeToString("xxxx".getBytes())方法进行编码(它返回值为一个字节数组,所以编码内容要转换为字节!)。学新通

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4.  
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
  5.  
    import java.util.Base64;
  6.  
     
  7.  
    public class Test02 {
  8.  
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
  9.  
    String content = "红尘客栈风似刀,骤雨落宿命敲";
  10.  
    String result = Base64.getEncoder().encodeToString(content.getBytes());
  11.  
    System.out.println(result);
  12.  
     
  13.  
    }
  14.  
     
  15.  
    }
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解码内容:

使用Base64.getDecoder().decode(str)方法进行解码

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4.  
    import java.nio.charset.StandardCharsets;
  5.  
    import java.util.Base64;
  6.  
     
  7.  
    public class Test02 {
  8.  
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
  9.  
     
  10.  
    String str = "57qi5bCY5a6i5qCI6aOO5Ly85YiA77yM6aqk6Zuo6JC95a6/5ZG95pWy";
  11.  
    byte[] byteArray = Base64.getDecoder().decode(str);
  12.  
    String line = new String(byteArray,"utf-8");
  13.  
    System.out.printf("解码后:" line);
  14.  
     
  15.  
    }
  16.  
     
  17.  
    }
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 2.3、用Base64进行图片的编码和解码

先使用Files.readAllBytes(Paths.get("图片的本地路径"))读取图片的字节数组,然后使用Base64.getEncoder().encodeToString(读取到的图片的字节数组)来进行编码,转化成字符串类型。使用Base64.getDecoder().decode(图片的字符串)解码,Files.write()写入指定路径。

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.IOException;
  4.  
    import java.nio.file.Files;
  5.  
    import java.nio.file.Paths;
  6.  
    import java.util.Base64;
  7.  
     
  8.  
    public class Test03 {
  9.  
    public static void main(String[] args) throws IOException {
  10.  
    //读取图片(字节数组)
  11.  
    byte[] imageByteArray = Files.readAllBytes(Paths.get("C:\\Users\\LENOVO\\Pictures\\Saved Pictures\\QQ图片20220505163951.jpg"));
  12.  
     
  13.  
    //将字节数组进行Base64编码,转换成“字符串形式”
  14.  
    String imageDataStr = Base64.getEncoder().encodeToString(imageByteArray);
  15.  
    System.out.println(imageDataStr);
  16.  
     
  17.  
    //Base64解码
  18.  
    byte[] imageResultByteArray = Base64.getDecoder().decode(imageDataStr);
  19.  
    Files.write(Paths.get("D:\\1\\3\\难哄.jpg"), imageResultByteArray);
  20.  
    }
  21.  
     
  22.  
    }
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 2.4、从文本文件中读取Mp3文件

  1.  
    package com.yy.demo01;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.IOException;
  4.  
    import java.nio.file.Files;
  5.  
    import java.nio.file.Paths;
  6.  
    import java.util.Base64;
  7.  
    import java.util.List;
  8.  
     
  9.  
    public class Test05 {
  10.  
    public static void main(String[] args) throws IOException {
  11.  
    //从文本文件中读取Mp3文件
  12.  
    List<String> lines = Files.readAllLines(Paths.get("C:\\Users\\LENOVO\\Documents\\Tencent Files\\2452845234\\FileRecv\\mojito.txt"));
  13.  
     
  14.  
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
  15.  
     
  16.  
    for(String ln : lines) {
  17.  
    sb.append(ln);
  18.  
    }
  19.  
     
  20.  
    //Base解码
  21.  
    byte[] mp3ArrayBase = Base64.getDecoder().decode(sb.toString());
  22.  
    Files.write(Paths.get("D:\\1\\3\\mojito.mp3"), mp3ArrayBase);
  23.  
    }
  24.  
     
  25.  
    }
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二、常见的哈希算法总结

2.1

哈希算法(Hash)又称摘要算法(Digest),它的作业是:对任意一组输入数据进行计算,得到一个固定长度的输出摘要。哈希算法的目的是;为了验证原始数据是否被篡改。

哈希算法最重要的特点就是:

.相同的输入一定得到相同的输出

.不同的输入大概率得到不同的输出

Java字符串的hashCode()就是一个哈希算法输入是任意字符串,输出的是固定的4字节int整数;

  1.  
    "hello".hashCode(); // 0x5e918d2
  2.  
    "hello, java".hashCode(); // 0x7a9d88e8
  3.  
    "hello, bob".hashCode(); // 0xa0dbae2f

2.2

哈希碰撞

两个不同的输入得到了相同的输出:

  1.  
    "AaAaAa".hashCode(); // 0x7460e8c0
  2.  
    "BBAaBB".hashCode(); // 0x7460e8c0
  3.  
     
  4.  
    "通话".hashCode(); // 0x11ff03
  5.  
    "重地".hashCode(); // 0x11ff03

2.3

常用哈希算法:学新通

2.3.1、"MD5"算法加密普通字符串

  1.  
    package com.yy.demo02;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.MessageDigest;
  4.  
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  5.  
     
  6.  
    public class Test02 {
  7.  
    public static void main(String[] args) {
  8.  
    String passWord = "hckzfsd1";
  9.  
    //7d18b6dc254c73427481f3083a3669
  10.  
    //7d18b6dc254c734274810f30083a3669
  11.  
    try {
  12.  
    MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
  13.  
    digest.update(passWord.getBytes());
  14.  
     
  15.  
    byte[] resultByteArray = digest.digest();
  16.  
    StringBuilder result = new StringBuilder();
  17.  
     
  18.  
    for(byte bite:resultByteArray) {
  19.  
    result.append(String.format("x", bite));
  20.  
    }
  21.  
     
  22.  
    System.out.println(result);
  23.  
    System.out.println(result.length());
  24.  
     
  25.  
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  26.  
    e.printStackTrace();
  27.  
    }
  28.  
    }
  29.  
     
  30.  
    }
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2.3.2、MD5算法加密图片

  1.  
    package com.yy.demo02;
  2.  
     
  3.  
    import java.io.IOException;
  4.  
    import java.nio.file.Files;
  5.  
    import java.nio.file.Paths;
  6.  
    import java.security.MessageDigest;
  7.  
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  8.  
    import java.util.Arrays;
  9.  
     
  10.  
    public class Test03 {
  11.  
    public static void main(String[] args) {
  12.  
    try {
  13.  
    byte[] imageByteArray = Files.readAllBytes(Paths.get("D:\\1\\3\\周杰伦.jpg"));
  14.  
     
  15.  
    MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
  16.  
    digest.update(imageByteArray);
  17.  
     
  18.  
    byte[] resultByteArray = digest.digest();
  19.  
    System.out.println(Arrays.toString(resultByteArray));
  20.  
    System.out.println(resultByteArray.length);
  21.  
     
  22.  
    StringBuilder digestResult = new StringBuilder();
  23.  
    for(byte b : resultByteArray) {
  24.  
    digestResult.append(String.format("x", b));
  25.  
    }
  26.  
    System.out.println(digestResult);
  27.  
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  28.  
    e.printStackTrace();
  29.  
    } catch (IOException e) {
  30.  
    e.printStackTrace();
  31.  
    }
  32.  
    }
  33.  
     
  34.  
    }
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2.3.3、 "SHA-1"算法加密普通字符串

  1.  
    package com.yy.demo02;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.MessageDigest;
  4.  
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  5.  
    import java.util.Arrays;
  6.  
    import java.util.UUID;
  7.  
     
  8.  
    public class Test04 {
  9.  
    public static void main(String[] args) {
  10.  
    String passWord = "wbjxxmy";
  11.  
    String salt = UUID.randomUUID().toString().substring(0, 5);
  12.  
    System.out.println(salt);
  13.  
     
  14.  
    try {
  15.  
    MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
  16.  
    digest.update(passWord.getBytes());
  17.  
    digest.update(salt.getBytes());
  18.  
     
  19.  
    byte[] resultByteArray = digest.digest();
  20.  
    System.out.println(Arrays.toString(resultByteArray));
  21.  
    System.out.println(resultByteArray.length);
  22.  
     
  23.  
    StringBuilder result = new StringBuilder();
  24.  
    for(byte b : resultByteArray) {
  25.  
    result.append(String.format("x", b));
  26.  
    }
  27.  
    System.out.println(result);
  28.  
     
  29.  
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  30.  
    e.printStackTrace();
  31.  
    }
  32.  
    }
  33.  
     
  34.  
     
  35.  
    }
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2.3.4"RipeMD160" 

  1.  
    package com.yy.demo03;
  2.  
     
  3.  
    import java.math.BigInteger;
  4.  
    import java.security.MessageDigest;
  5.  
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  6.  
    import java.security.Security;
  7.  
    import java.util.Arrays;
  8.  
     
  9.  
    import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
  10.  
     
  11.  
    public class Test01 {
  12.  
    public static void main(String[] args) {
  13.  
     
  14.  
    try {//注册BouncyCastle提供的通知类对象BouncyCastleProvider
  15.  
    Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
  16.  
     
  17.  
    //获取RipeMD160算法的“消息摘要对象”(摘要对象)
  18.  
    MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("RipeMD160");
  19.  
     
  20.  
    //更新原始数据
  21.  
    md.update("hellohello".getBytes());
  22.  
     
  23.  
    //获取消息摘要(加密)
  24.  
    byte[] result = md.digest();
  25.  
     
  26.  
    //消息摘要的字节长度和内容
  27.  
    System.out.println(result.length);
  28.  
    System.out.println(Arrays.toString(result));
  29.  
     
  30.  
    //16进制内容字符串
  31.  
    String hex = new BigInteger(1,result).toString(16);
  32.  
    System.out.println(hex.length());
  33.  
    System.out.println(hex);
  34.  
     
  35.  
     
  36.  
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  37.  
    e.printStackTrace();
  38.  
    }
  39.  
     
  40.  
    }
  41.  
     
  42.  
    }
学新通

三、"HmacMD5"加密普通字符串

  1.  
    package com.yy.demo02;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.InvalidKeyException;
  4.  
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  5.  
    import java.util.Arrays;
  6.  
     
  7.  
    import javax.crypto.KeyGenerator;
  8.  
    import javax.crypto.Mac;
  9.  
    import javax.crypto.SecretKey;
  10.  
     
  11.  
    public class Test06 {
  12.  
    public static void main(String[] args) {
  13.  
    String passWord = "zylsmq";
  14.  
    try {
  15.  
    //1.生成秘钥
  16.  
    //秘钥生成器KeyGenerator
  17.  
    KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5");
  18.  
     
  19.  
    //生成秘钥
  20.  
    SecretKey key = keyGen.generateKey();
  21.  
     
  22.  
    //获取秘钥key的字节数组(64)
  23.  
    byte[] keyByteArray = key.getEncoded();
  24.  
    System.out.println("秘钥字节数组:" Arrays.toString(keyByteArray));
  25.  
    System.out.println("秘钥长度:" keyByteArray.length);
  26.  
     
  27.  
    StringBuilder keyByteResult = new StringBuilder();
  28.  
    for(byte b : keyByteArray) {
  29.  
    keyByteResult.append(String.format("x", b));
  30.  
    }
  31.  
    System.out.println(keyByteResult);
  32.  
     
  33.  
     
  34.  
    //2.加密
  35.  
    Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
  36.  
     
  37.  
    mac.init(key);
  38.  
     
  39.  
    //更新原始内容
  40.  
    mac.update(passWord.getBytes());
  41.  
     
  42.  
    //加密
  43.  
    byte[] resultByteArray = mac.doFinal();
  44.  
    System.out.println("加密结果:" resultByteArray.length "字节");
  45.  
     
  46.  
    StringBuilder resultStr = new StringBuilder();
  47.  
    for(byte b : resultByteArray) {
  48.  
    resultStr.append(String.format("x", b));
  49.  
    }
  50.  
    System.out.println("加密结果:" resultStr);
  51.  
    System.out.println("加密结果长度" resultStr.length());
  52.  
     
  53.  
     
  54.  
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  55.  
    e.printStackTrace();
  56.  
    } catch (InvalidKeyException e) {
  57.  
    e.printStackTrace();
  58.  
    }
  59.  
    }
  60.  
     
  61.  
    }
学新通

 

学新通四、对称式加密

1、概述

对称加密算法就是传统的用一个密码进行加密和解密。例如,我们常用的WinZip和WinRAR对压缩包的加密和解密,就是使用对称加密算法。

2.在软件开发中,常用的对称加密算法有:

学新通 密钥长度直接决定加密强度,而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。Java标准库提供的算法实现并不包括所有的工作模式和所有填充模式,但是通常我们只需要挑选常用的使用就可以了。
最后注意,DES 算法由于密钥过短,可以在短时间内被暴力破解,所以现在已经不安全了。

 3、使用AES加密

AES算法是目前应用最广泛的加密算法。比较常AES算法是目前应用最广泛的加密算法。比较常见的工作模式是ECB和CBC

3.1、ECB模式

先用ECB模式加密并解密:

  1.  
    package com.yy.demo03;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.GeneralSecurityException;
  4.  
    import java.util.Base64;
  5.  
     
  6.  
    import javax.crypto.Cipher;
  7.  
    import javax.crypto.SecretKey;
  8.  
    import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
  9.  
     
  10.  
    //AES对称加密
  11.  
    //ECB工作模式
  12.  
    public class Test02 {
  13.  
    public static void main(String[] args) throws Exception{
  14.  
    //原文:
  15.  
    String message = "hellohello";
  16.  
    System.out.println("message(原始信息):" message);
  17.  
     
  18.  
    //128位秘钥 = 16 bytes Key:
  19.  
    byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();
  20.  
     
  21.  
    //加密
  22.  
    byte[] data = message.getBytes();
  23.  
    byte[] encrypted = encrypt(key,data);
  24.  
    System.out.println("Encrypted(加密内容):" Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
  25.  
     
  26.  
    //解密
  27.  
    byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
  28.  
    System.out.println("Decrypted:" new String(decrypted));
  29.  
     
  30.  
     
  31.  
    }
  32.  
     
  33.  
    //加密
  34.  
    public static byte[] encrypt(byte[] key , byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  35.  
    //创建密码对象,需要传入算法/工作模式/填充模式
  36.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
  37.  
     
  38.  
    //根据key的字节内容,“恢复”秘钥对象
  39.  
    SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
  40.  
     
  41.  
    //初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_MODE
  42.  
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
  43.  
     
  44.  
    //根据原始内容(字节),进行加密
  45.  
    return cipher.doFinal(input);
  46.  
    }
  47.  
     
  48.  
    //解密
  49.  
    public static byte[] decrypt(byte[] key , byte[] input)throws GeneralSecurityException {
  50.  
    //创建密码对象,需要传入算法/工作模式/填充模式
  51.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
  52.  
     
  53.  
    //根据key的字节内容,“恢复”秘钥对象
  54.  
    SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
  55.  
     
  56.  
    //初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_MODE
  57.  
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
  58.  
     
  59.  
    //根据原始内容(字节),进行加密
  60.  
    return cipher.doFinal(input);
  61.  
    }
  62.  
     
  63.  
     
  64.  
     
  65.  
    }
学新通

学新通

3.2、CBC工作模式

  1.  
    package com.yy.demo03;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.*;
  4.  
    import java.util.Arrays;
  5.  
    import java.util.Base64;
  6.  
     
  7.  
    import javax.crypto.*;
  8.  
    import javax.crypto.spec.*;
  9.  
    //AES对称加密
  10.  
    //CBC工作模式
  11.  
    public class Test03 {
  12.  
    public static void main(String[] args) throws Exception {
  13.  
    // 原文:
  14.  
    String message = "红尘客栈风似刀!";
  15.  
    System.out.println("Message: " message);
  16.  
     
  17.  
    // 256位密钥 = 32 bytes Key:
  18.  
    byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes("UTF-8");
  19.  
     
  20.  
    // 加密:
  21.  
    byte[] data = message.getBytes();
  22.  
    byte[] encrypted = encrypt(key, data);
  23.  
    System.out.println("Encrypted(加密内容): "
  24.  
    Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
  25.  
     
  26.  
    // 解密:
  27.  
    byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
  28.  
    System.out.println("Decrypted(解密内容): " new String(decrypted));
  29.  
    }
  30.  
     
  31.  
    // 加密:
  32.  
    public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  33.  
    //设置算法/工作模式CBC/填充
  34.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
  35.  
    //恢复秘钥对象
  36.  
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
  37.  
     
  38.  
    // CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:
  39.  
    SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
  40.  
    byte[] iv = sr.generateSeed(16);//生成16个字节的随机数
  41.  
    IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//随机数封装成IvParameterSpec参数对象
  42.  
     
  43.  
    //初始化秘钥:操作模式,秘钥,IV参数
  44.  
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);
  45.  
    //加密
  46.  
    byte[] data = cipher.doFinal(input);
  47.  
    // IV不需要保密,把IV和密文一起返回:
  48.  
    return join(iv, data);
  49.  
    }
  50.  
     
  51.  
    // 解密:
  52.  
    public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  53.  
    // 把input分割成IV和密文:
  54.  
    byte[] iv = new byte[16];
  55.  
    byte[] data = new byte[input.length - 16];
  56.  
     
  57.  
    System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16);//IV
  58.  
    System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);//密文
  59.  
    System.out.println(Arrays.toString(iv));
  60.  
     
  61.  
    // 解密:
  62.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");//密码对象
  63.  
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");//恢复秘钥
  64.  
    IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//恢复IV
  65.  
     
  66.  
    //初始化秘钥:操作模式,秘钥,IV参数
  67.  
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);
  68.  
     
  69.  
    //解密操作
  70.  
    return cipher.doFinal(data);
  71.  
    }
  72.  
     
  73.  
    public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
  74.  
    byte[] r = new byte[bs1.length bs2.length];
  75.  
    System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
  76.  
    System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
  77.  
    return r;
  78.  
    }
  79.  
    }
学新通

学新通Java标准库提供的对称加密接口非常简单,使用时按以下步骤编写代码:
1.根据算法名称/工作模式/填充模式获取Cipher实例;
2.根据算法名称初始化一个SecretKey实例,密钥必须是指定长度;
3.使用SerectKey初始化Cipher实例,并设置加密或解密模式;
4.传入明文或密文,获得密文或明文。

ECB模式是最简单的AES加密模式,它只需要一个固定长度的密钥,固定的明文会生成固定的密文,这种一对一的加密方式会导致安全性降低,更好的方式是通过CBC模式,它需要一个随机数作为IV参数,这样对于同一份明文,每次生成的密文都不同

在ECB模式下,需要一个随机生成的16字节IV参数,必须使用SecureRandom生成。因为多了一个IvParameterSpec实例,因此,初始化方法需要调用Cipher的一个重载方法并传入IvParameterSpec。
观察输出,可以发现每次生成的IV不同,密文也不同。

  1.  
    package com.apesource.demo04;
  2.  
     
  3.  
    import java.security.*;
  4.  
    import java.util.Base64;
  5.  
     
  6.  
    import javax.crypto.*;
  7.  
    import javax.crypto.spec.*;
  8.  
     
  9.  
    public class Main {
  10.  
    public static void main(String[] args) throws Exception {
  11.  
    // 原文:
  12.  
    String message = "Hello, world!";
  13.  
    System.out.println("Message(原始信息): " message);
  14.  
     
  15.  
    // 256位密钥 = 32 bytes Key:
  16.  
    byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();
  17.  
     
  18.  
    // 加密:
  19.  
    byte[] data = message.getBytes();
  20.  
    byte[] encrypted = encrypt(key, data);
  21.  
    System.out.println("Encrypted(加密内容): "
  22.  
    Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
  23.  
     
  24.  
    // 解密:
  25.  
    byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
  26.  
    System.out.println("Decrypted(解密内容): " new String(decrypted));
  27.  
    }
  28.  
     
  29.  
    // 加密:
  30.  
    public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  31.  
    // 设置算法/工作模式CBC/填充
  32.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
  33.  
     
  34.  
    // 恢复秘钥对象
  35.  
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
  36.  
     
  37.  
    // CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:
  38.  
    SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
  39.  
    byte[] iv = sr.generateSeed(16); // 生成16个字节的随机数
  40.  
    System.out.println(Arrays.toString(iv));
  41.  
    IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 随机数封装成IvParameterSpec参数对象
  42.  
     
  43.  
    // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
  44.  
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);
  45.  
     
  46.  
    // 加密
  47.  
    byte[] data = cipher.doFinal(input);
  48.  
     
  49.  
    // IV不需要保密,把IV和密文一起返回:
  50.  
    return join(iv, data);
  51.  
    }
  52.  
     
  53.  
    // 解密:
  54.  
    public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  55.  
    // 把input分割成IV和密文:
  56.  
    byte[] iv = new byte[16];
  57.  
    byte[] data = new byte[input.length - 16];
  58.  
     
  59.  
    System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16); // IV
  60.  
    System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length); //密文
  61.  
    System.out.println(Arrays.toString(iv));
  62.  
     
  63.  
    // 解密:
  64.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); // 密码对象
  65.  
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); // 恢复秘钥
  66.  
    IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 恢复IV
  67.  
     
  68.  
    // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
  69.  
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);
  70.  
     
  71.  
    // 解密操作
  72.  
    return cipher.doFinal(data);
  73.  
    }
  74.  
     
  75.  
    // 合并数组
  76.  
    public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
  77.  
    byte[] r = new byte[bs1.length bs2.length];
  78.  
    System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
  79.  
    System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
  80.  
    return r;
  81.  
    }
  82.  
    }
学新通

四、非对称加密算法

1、概述

从DH算法我们可以看到,公钥-私钥组成的密钥对是非常有用的加密方式,因为公钥是可以公开的,而私钥是完全保密的,由此奠定了非对称加密的基础。
非对称加密:加密和解密使用的不是相同的密钥,只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密。
例如:小明要加密一个文件发送给小红,他应该首先向小红索取她的公钥,然后,他用小红的公钥加密,把加密文件发送给小红,此文件只能由小红的私钥解开,因为小红的私钥在她自己手里,所以,除了小红,没有任何人能解开此文件。
非对称加密的典型算法就是RSA算法,它是由Ron Rivest,Adi Shamir,Leonard Adleman这三个人一起发明的,所以用他们三个人的姓氏首字母缩写表示。
非对称加密的优点:对称加密需要协商密钥,而非对称加密可以安全地公开各自的公钥,在N个人之间通信的时候:使用非对称加密只需要N个密钥对,每个人只管理自己的密钥对。而使用对称加密需要则需要N*(N-1)/2个密钥,因此每个人需要管理N-1个密钥,密钥管理难度大,而且非常容易泄漏。
非对称加密的缺点:运算速度非常慢,比对称加密要慢很多。
所以,在实际应用的时候,非对称加密总是和对称加密一起使用。假设小明需要给小红需要传输加密文件,他俩首先交换了各自的公钥,然后:
1小明生成一个随机的AES口令,然后用小红的公钥通过RSA加密这个口令,并发给小红;
2小红用自己的RSA私钥解密得到AES口令;
3双方使用这个共享的AES口令用AES加密通信。
可见非对称加密实际上应用在第一步,即加密“AES口令”。这也是我们在浏览器中常用的HTTPS协议的做法,即浏览器和服务器先通过RSA交换AES口令,接下来双方通信实际上采用的是速度较快的AES对称加密,而不是缓慢的RSA非对称加密。

4.2、代码实现(RSA算法

  1.  
    package com.yy.demo03;
  2.  
     
  3.  
    import java.math.BigInteger;
  4.  
    import java.security.GeneralSecurityException;
  5.  
    import java.security.KeyPair;
  6.  
    import java.security.KeyPairGenerator;
  7.  
    import java.security.PrivateKey;
  8.  
    import java.security.PublicKey;
  9.  
     
  10.  
    import javax.crypto.Cipher;
  11.  
     
  12.  
    // RSA
  13.  
    public class Main05 {
  14.  
    public static void main(String[] args) throws Exception {
  15.  
    // 明文:
  16.  
    byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8");
  17.  
     
  18.  
    // 创建公钥/私钥对:
  19.  
    Human alice = new Human("Alice");
  20.  
     
  21.  
    // 用Alice的公钥加密:
  22.  
    // 获取Alice的公钥,并输出
  23.  
    byte[] pk = alice.getPublicKey();
  24.  
    System.out.println(String.format("public key(公钥): %x", new BigInteger(1, pk)));
  25.  
     
  26.  
    // 使用公钥加密
  27.  
    byte[] encrypted = alice.encrypt(plain);
  28.  
    System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted)));
  29.  
     
  30.  
    // 用Alice的私钥解密:
  31.  
    // 获取Alice的私钥,并输出
  32.  
    byte[] sk = alice.getPrivateKey();
  33.  
    System.out.println(String.format("private key: %x", new BigInteger(1, sk)));
  34.  
     
  35.  
    // 使用私钥解密
  36.  
    byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted);
  37.  
    System.out.println(new String(decrypted, "UTF-8"));
  38.  
    }
  39.  
    }
  40.  
     
  41.  
    // 用户类
  42.  
    class Human {
  43.  
    // 姓名
  44.  
    String name;
  45.  
     
  46.  
    // 私钥:
  47.  
    PrivateKey sk;
  48.  
     
  49.  
    // 公钥:
  50.  
    PublicKey pk;
  51.  
     
  52.  
    // 构造方法
  53.  
    public Human(String name) throws GeneralSecurityException {
  54.  
    // 初始化姓名
  55.  
    this.name = name;
  56.  
     
  57.  
    // 生成公钥/私钥对:
  58.  
    KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
  59.  
    kpGen.initialize(1024);
  60.  
    KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();
  61.  
     
  62.  
    this.sk = kp.getPrivate();
  63.  
    this.pk = kp.getPublic();
  64.  
    }
  65.  
     
  66.  
    // 把私钥导出为字节
  67.  
    public byte[] getPrivateKey() {
  68.  
    return this.sk.getEncoded();
  69.  
    }
  70.  
     
  71.  
    // 把公钥导出为字节
  72.  
    public byte[] getPublicKey() {
  73.  
    return this.pk.getEncoded();
  74.  
    }
  75.  
     
  76.  
    // 用公钥加密:
  77.  
    public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException {
  78.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
  79.  
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); // 使用公钥进行初始化
  80.  
    return cipher.doFinal(message);
  81.  
    }
  82.  
     
  83.  
    // 用私钥解密:
  84.  
    public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException {
  85.  
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
  86.  
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); // 使用私钥进行初始化
  87.  
    return cipher.doFinal(input);
  88.  
    }
  89.  
    }
学新通

学新通

 4.3、对称式加密和非对称式加密的区别

对称式加密就是使用同一个秘钥进行加密和解密

非对称加密就是加密和解密使用的不是相同的密钥,只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密;

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