DH密鑰加解密

1、概述

  一、與對稱加密算法的主要差異在於，加密和解密的密鑰不相同，一個公開（公鑰），一個保密（私鑰）。主要解決了對稱加密算法密鑰分配管理的問題，提升了算法安全性。

  二、非對稱加密算法的加密、解密的效率比較低。在算法設計上，非對稱加密算法對待加密的數據長度有着苛刻的要求。例如RSA算法要求待加密的數據不得大於53個字節。

  三、非對稱加密算法主要用於 交換對稱加密算法的密鑰，而非數據交換

  四、java6提供實現了DH和RSA兩種算法。Bouncy Castle提供了E1Gamal算法支持。除了上述三種算法還有一個ECC算法，目前沒有相關的開源組件提供支持

 

2、模型分析

咱們仍是以甲乙雙方發送數據爲模型進行分析

一、甲方（消息發送方，下同）構建密鑰對（公鑰+私鑰），甲方公佈公鑰給乙方（消息接收方，下同）

二、乙方以甲方發送過來的公鑰做爲參數構造密鑰對（公鑰+私鑰），將構造出來的公鑰公佈給甲方

三、甲方用「甲方的私鑰+乙方的公鑰」構造本地密鑰

四、乙方用「乙方的私鑰+甲方的公鑰」構造本地的密鑰

五、這個時候，甲乙兩方本地新構造出來的密鑰應該同樣，甲乙雙方能夠經過本地密鑰進行數據的加密和解密

六、而後就可使用AES這類對稱加密算法進行數據的安全傳送了。傳送過程參考AES的相關算法

3、代碼分析

package com.ca.test;
import <a href="http://lib.csdn.net/base/java" class='replace_word' title="Java 知識庫" target='_blank' style='color:#df3434; font-weight:bold;'>Java</a>.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
/**
 * 非對稱加密算法DH算法組件
 * 非對稱算法通常是用來傳送對稱加密算法的密鑰來使用的，因此這裏咱們用DH算法模擬密鑰傳送
 * 對稱加密AES算法繼續作咱們的數據加解密
 * @author kongqz
 * */
public class DHCoder {
    //非對稱密鑰算法
    public static final String KEY_ALGORITHM="DH";
    
    //本地密鑰算法，即對稱加密算法。可選des，aes，desede
    public static final String SECRET_ALGORITHM="AES";
    
    /**
     * 密鑰長度，DH算法的默認密鑰長度是1024
     * 密鑰長度必須是64的倍數，在512到1024位之間
     * */
    private static final int KEY_SIZE=512;
    //公鑰
    private static final String PUBLIC_KEY="DHPublicKey";
    
    //私鑰
    private static final String PRIVATE_KEY="DHPrivateKey";
    
    /**
     * 初始化甲方密鑰
     * @return Map 甲方密鑰的Map
     * */
    public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
        //實例化密鑰生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密鑰生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //生成密鑰對
        KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //甲方公鑰
        DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey) keyPair.getPublic();
        //甲方私鑰
        DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //將密鑰存儲在map中
        Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
        
    }
    
    /**
     * 初始化乙方密鑰
     * @param key 甲方密鑰（這個密鑰是經過第三方途徑傳遞的）
     * @return Map 乙方密鑰的Map
     * */
    public static Map<String,Object> initKey(byte[] key) throws Exception{
        //解析甲方的公鑰
        //轉換公鑰的材料
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
        //實例化密鑰工廠
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //產生公鑰
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //由甲方的公鑰構造乙方密鑰
        DHParameterSpec dhParamSpec=((DHPublicKey)pubKey).getParams();
        //實例化密鑰生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化密鑰生成器
        keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);
        //產生密鑰對
        KeyPair keyPair=keyPairGenerator.genKeyPair();
        //乙方公鑰
        DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey)keyPair.getPublic();
        //乙方私鑰
        DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();
        //將密鑰存儲在Map中
        Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }
    /**
     * 加密
     * @param data待加密數據
     * @param key 密鑰
     * @return byte[] 加密數據
     * */
    public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密鑰
        SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
        //數據加密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 解密
     * @param data 待解密數據
     * @param key 密鑰
     * @return byte[] 解密數據
     * */
    public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密鑰
        SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
        //數據解密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 構建密鑰
     * @param publicKey 公鑰
     * @param privateKey 私鑰
     * @return byte[] 本地密鑰
     * */
    public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey,byte[] privateKey) throws Exception{
        //實例化密鑰工廠
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公鑰
        //密鑰材料轉換
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(publicKey);
        //產生公鑰
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //初始化私鑰
        //密鑰材料轉換
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        //產生私鑰
        PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //實例化
        KeyAgreement keyAgree=KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化
        keyAgree.init(priKey);
        keyAgree.doPhase(pubKey, true);
        //生成本地密鑰
        SecretKey secretKey=keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM);
        return secretKey.getEncoded();
    }
    /**
     * 取得私鑰
     * @param keyMap 密鑰map
     * @return byte[] 私鑰
     * */
    public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){
        Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
    /**
     * 取得公鑰
     * @param keyMap 密鑰map
     * @return byte[] 公鑰
     * */
    public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{
        Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
    /**
     * @param args
     * @throws Exception 
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //生成甲方的密鑰對
        Map<String,Object> keyMap1=DHCoder.initKey();
        //甲方的公鑰
        byte[] publicKey1=DHCoder.getPublicKey(keyMap1);
        
        //甲方的私鑰
        byte[] privateKey1=DHCoder.getPrivateKey(keyMap1);
        System.out.println("甲方公鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey1));
        System.out.println("甲方私鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey1));
        
        //由甲方的公鑰產生的密鑰對
        Map<String,Object> keyMap2=DHCoder.initKey(publicKey1);
        byte[] publicKey2=DHCoder.getPublicKey(keyMap2);
        byte[] privateKey2=DHCoder.getPrivateKey(keyMap2);
        System.out.println("乙方公鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey2));
        System.out.println("乙方私鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey2));
        
        //組裝甲方的本地加密密鑰,由乙方的公鑰和甲方的私鑰組合而成
        byte[] key1=DHCoder.getSecretKey(publicKey2, privateKey1);
        System.out.println("甲方的本地密鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(key1));
        
        //組裝乙方的本地加密密鑰，由甲方的公鑰和乙方的私鑰組合而成
        byte[] key2=DHCoder.getSecretKey(publicKey1, privateKey2);
        System.out.println("乙方的本地密鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(key2));
        
        System.out.println("================密鑰對構造完畢，開始進行加密數據的傳輸=============");
        String str="密碼交換算法";
        System.out.println("/n===========甲方向乙方發送加密數據==============");
        System.out.println("原文:"+str);
        System.out.println("===========使用甲方本地密鑰對進行數據加密==============");
        //甲方進行數據的加密
        byte[] code1=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key1);
        System.out.println("加密後的數據："+Base64.encodeBase64String(code1));
        
        System.out.println("===========使用乙方本地密鑰對數據進行解密==============");
        //乙方進行數據的解密
        byte[] decode1=DHCoder.decrypt(code1, key2);
        System.out.println("乙方解密後的數據："+new String(decode1)+"/n/n");
        
        System.out.println("===========反向進行操做，乙方向甲方發送數據==============/n/n");
        
        str="乙方向甲方發送數據DH";
        
        System.out.println("原文:"+str);
        
        //使用乙方本地密鑰對數據進行加密
        byte[] code2=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key2);
        System.out.println("===========使用乙方本地密鑰對進行數據加密==============");
        System.out.println("加密後的數據："+Base64.encodeBase64String(code2));
        
        System.out.println("=============乙方將數據傳送給甲方======================");
        System.out.println("===========使用甲方本地密鑰對數據進行解密==============");
        
        //甲方使用本地密鑰對數據進行解密
        byte[] decode2=DHCoder.decrypt(code2, key1);
        
        System.out.println("甲方解密後的數據："+new String(decode2));
    }
}

控制檯輸出結果：
甲方公鑰：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBALk1l11UT5Y1
evJv1sLQAXo7Yj/olsPMVJ/7zOx503CRcovA5Q+k2OyIZsl5H2qGCnqi+Da0/9zZx0go8Y/j5B4=
甲方私鑰：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB0haXhPoDW
gLMF79N1ZZGu1dtHWAObe9obKAh4hGH0HsAsSY8qy17ZE0IyiOwYPXA=
乙方公鑰：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBAOWqgUur2jDR
057ohEH4eb3KwOdmcbsv4GnvIlCVzwpBKVlUk0MMIeV8APLz/xIjjoOnNZx3rNknaO/+v85tG3g=
乙方私鑰：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB+/HgBYVlO
e2eAeU0HoWQyYsHt0tSPUZUqCyY9mWEK/7soxsR/6pfAb1npaaI1NO0=
甲方的本地密鑰：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
乙方的本地密鑰：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
================密鑰對構造完畢，開始進行加密數據的傳輸=============
===========甲方向乙方發送加密數據==============
原文:密碼交換算法
===========使用甲方本地密鑰對進行數據加密==============
加密後的數據：1PUMKnkyfKauO6kTG5UDtA==
===========使用乙方本地密鑰對數據進行解密==============
乙方解密後的數據：密碼交換算法

===========反向進行操做，乙方向甲方發送數據==============

原文:乙方向甲方發送數據DH
===========使用乙方本地密鑰對進行數據加密==============
加密後的數據：VGLdXmtGyBaE87NiSoHX+yvwyUkAx/qYKYWv+jEwkBY=
=============乙方將數據傳送給甲方======================
===========使用甲方本地密鑰對數據進行解密==============
甲方解密後的數據：乙方向甲方發送數據DH

 

4、總結

一、非對稱加密算法主要用來傳遞密鑰的，並且性能較低。可是安全性超強。非對稱加密算法能加密的數據長度也受限

二、用非對稱加密算法算出甲乙雙方本地的密鑰後，能夠選擇DES/AES/DESede這些對稱加密算法進行數據的傳送了

 

補充一下，因爲權限問題，能夠存在報錯：java.security.InvalidKeyException: Illegal key size or default parameters解決方案：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jce-7-download-432124.html下載無政策限制文件，將壓縮包裏的jar文件覆蓋系統java的jre安裝路徑下響應的jar包便可解決問題。