Java中常用的加密方式

一、Java常用加密方式

Base64加密算法(編碼方式)
MD5加密(消息摘要算法，驗證信息完整性)
對稱加密算法
非對稱加密算法
數字簽名算法
數字證書

二、分類

按加密算法是否需要key被分爲兩類：
- 不基於key的有: Base64算法、MD5
- 基於key的有: 對稱加密算法、非對稱加密算法、數字簽名算法、數字證書、HMAC、RC4(對稱加密)
按加密算法是否可逆被分爲兩類：
- 單向加密算法(不可解密)：MD5、SHA、HMAC
- 非單項加密算法(可解密)：BASE64、對稱加密算法、非對稱加密算法、數字簽名算法、數字證書

三、算法介紹

1.對稱加密

對稱加密是最快速、最簡單的一種加密方式，加密（encryption）與解密（decryption）用的是同樣的密鑰（secret key）。對稱加密有很多種算法，由於它效率很高，所以被廣泛使用在很多加密協議的核心當中。

對稱加密通常使用的是相對較小的密鑰，一般小於256 bit。因爲密鑰越大，加密越強，但加密與解密的過程越慢。如果你只用1 bit來做這個密鑰，那黑客們可以先試着用0來解密，不行的話就再用1解；但如果你的密鑰有1 MB大，黑客們可能永遠也無法破解，但加密和解密的過程要花費很長的時間。密鑰的大小既要照顧到安全性，也要照顧到效率，是一個trade-off。

DES(Data Encryption Standard)和TripleDES是對稱加密的兩種實現。

DES和TripleDES基本算法一致，只是TripleDES算法提供的key位數更多，加密可靠性更高。
DES使用的密鑰key爲8字節，初始向量IV也是8字節。
TripleDES使用24字節的key，初始向量IV也是8字節。
兩種算法都是以8字節爲一個塊進行加密，一個數據塊一個數據塊的加密，一個8字節的明文加密後的密文也是8字節。如果明文長度不爲8字節的整數倍，添加值爲0的字節湊滿8字節整數倍。所以加密後的密文長度一定爲8字節的整數倍

下面舉個例子：

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 {
    // 算法名稱
    public static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
    // 算法名稱/加密模式/填充方式
    // DES共有四種工作模式-->>ECB：電子密碼本模式、CBC：加密分組鏈接模式、CFB：加密反饋模式、OFB：輸出反饋模式
    public static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/NoPadding";

    /**
     *
     * 生成密鑰key對象
     *
     * @param KeyStr
     *            密鑰字符串
     * @return 密鑰對象
     * @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);
        // 創建一個密匙工廠，然後用它把DESKeySpec轉換成
        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;
    }

    // 從十六進制字符串到字節數組轉換
    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;
    }

    /**
     * 加密數據
     *
     * @param data
     *            待加密數據
     * @param key
     *            密鑰
     * @return 加密後的數據
     */
    public static String encrypt(String data, String key) throws Exception {
        Key deskey = keyGenerator(key);
        // 實例化Cipher對象，它用於完成實際的加密操作
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        // 初始化Cipher對象，設置爲加密模式
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey, random);
        byte[] results = cipher.doFinal(data.getBytes());
        // 該部分是爲了與加解密在線測試網站（http://tripledes.online-domain-tools.com/）的十六進制結果進行覈對
        for (int i = 0; i < results.length; i++) {
            System.out.print(results[i] + " ");
        }
        System.out.println();
        // 執行加密操作。加密後的結果通常都會用Base64編碼進行傳輸
        return Base64.encodeBase64String(results);
    }

    /**
     * 解密數據
     *
     * @param data
     *            待解密數據
     * @param key
     *            密鑰
     * @return 解密後的數據
     */
    public static String decrypt(String data, String key) throws Exception {
        Key deskey = keyGenerator(key);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
        // 初始化Cipher對象，設置爲解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
        // 執行解密操作
        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("加密後: " + encryptData);
        String decryptData = decrypt(encryptData, key);
        System.out.println("解密後: " + decryptData);
    }
}

2.非對稱加密

非對稱加密爲數據的加密與解密提供了一個非常安全的方法，它使用了一對密鑰，公鑰（public key）和私鑰（private key）。私鑰只能由一方安全保管，不能外泄，而公鑰則可以發給任何請求它的人。非對稱加密使用這對密鑰中的一個進行加密，而解密則需要另一個密鑰。比如，你向銀行請求公鑰，銀行將公鑰發給你，你使用公鑰對消息加密，那麼只有私鑰的持有人–銀行才能對你的消息解密。與對稱加密不同的是，銀行不需要將私鑰通過網絡發送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非對稱加密算法是RSA算法，是Rivest, Shamir, 和Adleman於1978年發明，他們那時都是在MIT。請看下面的例子：

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 {
    /** 指定加密算法爲DESede */
    private static String ALGORITHM = "RSA";
    /** 指定key的大小 */
    private static int KEYSIZE = 1024;
    /** 指定公鑰存放文件 */
    private static String PUBLIC_KEY_FILE = "public.keystore";
    /** 指定私鑰存放文件 */
    private static String PRIVATE_KEY_FILE = "private.keystore";

    /**
     * 生成密鑰對
     */
    private static void generateKeyPair() throws Exception {
        /** RSA算法要求有一個可信任的隨機數源 */
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
        /** 爲RSA算法創建一個KeyPairGenerator對象 */
        KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        /** 利用上面的隨機數據源初始化這個KeyPairGenerator對象 */
        kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
        /** 生成密匙對 */
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
        /** 得到公鑰 */
        Key publicKey = kp.getPublic();
        /** 得到私鑰 */
        Key privateKey = kp.getPrivate();
        /** 用對象流將生成的密鑰寫入文件 */
        ObjectOutputStream oos1 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
        ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
        oos1.writeObject(publicKey);
        oos2.writeObject(privateKey);
        /** 清空緩存，關閉文件輸出流 */
        oos1.close();
        oos2.close();
    }

    /**
     * 生成密鑰對字符串
     */
    private static void generateKeyPairString() throws Exception {
        /** RSA算法要求有一個可信任的隨機數源 */
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
        /** 爲RSA算法創建一個KeyPairGenerator對象 */
        KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        /** 利用上面的隨機數據源初始化這個KeyPairGenerator對象 */
        kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
        /** 生成密匙對 */
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
        /** 得到公鑰 */
        Key publicKey = kp.getPublic();
        /** 得到私鑰 */
        Key privateKey = kp.getPrivate();
        /** 用字符串將生成的密鑰寫入文件 */

        String algorithm = publicKey.getAlgorithm(); // 獲取算法
        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("公鑰模量：" + HexUtil.bytes2Hex(prime.toByteArray()));
        System.out.println("公鑰指數:" + 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("私鑰模量：" + HexUtil.bytes2Hex(privateModulus.toByteArray()));
        System.out.println("私鑰指數:" + HexUtil.bytes2Hex(privateExponent.toByteArray()));

    }

    /**
     * 加密方法 source： 源數據
     */
    public static String encrypt(String source) throws Exception {
        generateKeyPair();
        /** 將文件中的公鑰對象讀出 */
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PUBLIC_KEY_FILE));
        Key key = (Key) ois.readObject();
        ois.close();

        String algorithm = key.getAlgorithm(); // 獲取算法
        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("公鑰模量：" + HexUtil.bytes2Hex(prime.toByteArray()));
//          System.out.println("公鑰指數:" + HexUtil.bytes2Hex(exponent.toByteArray()));

        }

        /** 得到Cipher對象來實現對源數據的RSA加密 */
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        byte[] b = source.getBytes();
        /** 執行加密操作 */
        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 {
        /** 將文件中的私鑰對象讀出 */
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(PRIVATE_KEY_FILE));
        Key key = (Key) ois.readObject();

        String algorithm = key.getAlgorithm(); // 獲取算法
        KeyFactory keyFact = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        RSAPrivateCrtKeySpec privateKeySpec = (RSAPrivateCrtKeySpec) keyFact.getKeySpec(key,
                RSAPrivateCrtKeySpec.class);
        BigInteger privateModulus = privateKeySpec.getModulus();
        BigInteger privateExponent = privateKeySpec.getPrivateExponent();

//      System.out.println("私鑰模量：" + HexUtil.bytes2Hex(privateModulus.toByteArray()));
//      System.out.println("私鑰指數:" + HexUtil.bytes2Hex(privateExponent.toByteArray()));

        /** 得到Cipher對象對已用公鑰加密的數據進行RSA解密 */
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();

        byte[] b1 = decoder.decodeBuffer(cryptograph);
        /** 執行解密操作 */
        byte[] b = cipher.doFinal(b1);
        return new String(b);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        generateKeyPair(); //生成文件形式公鑰和私鑰
        //generateKeyPairString();//生成字符串形式公鑰和私鑰

        String source = "非對稱加密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);

    }
}

雖然非對稱加密很安全，但是和對稱加密比起來，它非常的慢，所以我們還是要用對稱加密來傳送消息，但對稱加密所使用的密鑰我們可以通過非對稱加密的方式發送出去。
（1）對稱加密加密與解密使用的是同樣的密鑰，所以速度快，但由於需要將密鑰在網絡傳輸，所以安全性不高。
（2）非對稱加密使用了一對密鑰，公鑰與私鑰，所以安全性高，但加密與解密速度慢。
（3）解決的辦法是將對稱加密的密鑰使用非對稱加密的公鑰進行加密，然後發送出去，接收方使用私鑰進行解密得到對稱加密的密鑰，然後雙方可以使用對稱加密來進行溝通。

3.Base64編碼

Base 64 Encoding有什麼用？舉個簡單的例子，你使用SMTP協議（Simple Mail Transfer Protocol 簡單郵件傳輸協議）來發送郵件。因爲這個協議是基於文本的協議，所以如果郵件中包含一幅圖片，我們知道圖片的存儲格式是二進制數據（binary data），而非文本格式，我們必須將二進制的數據編碼成文本格式，這時候Base 64 Encoding就派上用場了。

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);
}

4.MD5加密

Message Digest Algorithm MD5（中文名爲消息摘要算法第五版）爲計算機安全領域廣泛使用的一種散列函數，用以提供消息的完整性保護。該算法的文件號爲RFC 1321（R.Rivest,MIT Laboratory for Computer Science and RSA Data Security Inc. April 1992）.

MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MIT Laboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest開發出來，經MD2、MD3和MD4發展而來。

MD5用於確保信息傳輸完整一致。是計算機廣泛使用的雜湊算法之一（又譯摘要算法、哈希算法），主流編程語言普遍已有MD5實現。將數據（如漢字）運算爲另一固定長度值，是雜湊算法的基礎原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

MD5的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟件簽署私人密鑰前被”壓縮”成一種保密的格式（就是把一個任意長度的字節串變換成一定長的十六進制數字串）。

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

/**
 * Java消息摘要算法 MD5 工具類,其實其他摘要算法的實現也類似
 */
public class MD5Util {
    /**
     * 對文本執行 md5 摘要加密, 此算法與 mysql,JavaScript生成的md5摘要進行過一致性對比.
     * @param plainText
     * @return 返回值中的字母爲小寫
     */
    public static String md5(String plainText) {
        if (null == plainText) {
            plainText = "";
        }
        String MD5Str = "";
        try {
            // JDK 6 支持以下6種消息摘要算法，不區分大小寫
            // md5,sha(sha-1),md2,sha-256,sha-384,sha-512
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            md.update(plainText.getBytes());
            byte b[] = md.digest();

            int i;

            StringBuilder builder = new StringBuilder(32);
            for (int offset = 0; offset < b.length; offset++) {
                i = b[offset];
                if (i < 0)
                    i += 256;
                if (i < 16)
                    builder.append("0");
                builder.append(Integer.toHexString(i));
            }
            MD5Str = builder.toString();
            // LogUtil.println("result: " + buf.toString());// 32位的加密
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return MD5Str;
    }
    // 一個簡版測試
    public static void main(String[] args) {
        String m1 = md5("1");
        String m2 = md5(m1);
        /* 輸出爲
         * m1=c4ca4238a0b923820dcc509a6f75849b
         * m2=28c8edde3d61a0411511d3b1866f0636
         */
        System.out.println("m1="+m1);
        System.out.println("m2="+m2);
    }
}

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。

5.數字簽名算法

簽名：就有安全性，抗否認性
數字簽名：帶有密鑰（公鑰，私鑰）的消息摘要算法
作用：
1. 驗證數據的完整性
2. 認證數據來源
3. 抗否認

數字簽名遵循：私鑰簽名，公鑰驗證
常用的數字簽名算法：RSA，DSA，ECDSA

RSA介紹：

是經典算法，是目前爲止使用最廣泛的數字簽名算法。

RSA數字簽名算法的密鑰實現與RSA的加密算法是一樣的，算法的名稱都叫RSA。密鑰的產生和轉換都是一樣的。

RSA數字簽名算法主要包括MD和SHA兩類。

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

public class RSATest {
    public static final String src = "hello world";

    public static void main(String[] args) {
        jdkRSA();

    }

    /**
     * 說明： 用java的jdk裏面相關方法實現rsa的簽名及簽名驗證
     */
    public static void jdkRSA() {
        try {
            // 1.初始化密鑰
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator
                    .getInstance("RSA");
            //設置KEY的長度
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            //得到公鑰
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            //得到私鑰
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

            // 2.進行簽名
            //用私鑰進行簽名
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(
                    rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            //構造一個privateKey
            PrivateKey privateKey = keyFactory
                    .generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            //聲明簽名的對象
            Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initSign(privateKey);
            signature.update(src.getBytes());
            //進行簽名
            byte[] result = signature.sign();
            System.out.println("jdk rsa sign:" + Hex.encodeHexString(result));

            // 3.驗證簽名
            //用公鑰進行驗證簽名
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(
                    rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            //構造一個publicKey
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            //聲明簽名對象
            signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initVerify(publicKey);
            signature.update(src.getBytes());
            //驗證簽名
            boolean bool = signature.verify(result);
            System.out.println("jdk rsa verify:" + bool);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.toString());
        }

    }

}

四、應用場景

Base64應用場景：圖片轉碼(應用於郵件，img標籤，http加密)
MD5應用場景：密碼加密、imei加密、文件校驗
非對稱加密：電商訂單付款、銀行相關業務

Java中常用的加密方式

一、Java常用加密方式

二、分類

三、算法介紹

1.對稱加密

2.非對稱加密

3.Base64編碼

4.MD5加密

5.數字簽名算法

四、應用場景

python gdal 安裝使用（Windows， python 3.6.8）

Java中常用的加密方式

Spring教程第四篇：Spring事務

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Mac下配置sublime實現LaTeX

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