Java加密技術（二）——對稱加密算法DES&AES

時間  2019-11-12
標籤 java 加密 技術 對稱 算法 des&aes des aes 欄目 Java 简体版
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接下來咱們介紹對稱加密算法，最經常使用的莫過於DES數據加密算法。
DES
DES-Data Encryption Standard,即數據加密算法。是IBM公司於1975年研究成功並公開發表的。DES算法的入口參數有三個:Key、Data、Mode。其中Key爲8個字節共64位,是DES算法的工做密鑰;Data也爲8個字節64位,是要被加密或被解密的數據;Mode爲DES的工做方式,有兩種:加密或解密。
　　DES算法把64位的明文輸入塊變爲64位的密文輸出塊,它所使用的密鑰也是64位。



經過java代碼實現以下： Coder類見 Java加密技術（一）
Java代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. import java.security.Key;  
  2. import java.security.SecureRandom;  
  3.   
  4. import javax.crypto.Cipher;  
  5. import javax.crypto.KeyGenerator;  
  6. import javax.crypto.SecretKey;  
  7. import javax.crypto.SecretKeyFactory;  
  8. import javax.crypto.spec.DESKeySpec;  
  9.   
  10.   
  11. /** 
  12.  * DES安全編碼組件 
  13.  *  
  14.  * <pre> 
  15.  * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC二、RC4(ARCFOUR) 
  16.  * DES                  key size must be equal to 56 
  17.  * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
  18.  * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
  19.  * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
  20.  * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
  21.  * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
  22.  * 具體內容 須要關注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html 
  23.  * </pre> 
  24.  *  
  25.  * @author 樑棟 
  26.  * @version 1.0 
  27.  * @since 1.0 
  28.  */  
  29. public abstract class DESCoder extends Coder {  
  30.     /** 
  31.      * ALGORITHM 算法 <br> 
  32.      * 可替換爲如下任意一種算法，同時key值的size相應改變。 
  33.      *  
  34.      * <pre> 
  35.      * DES                  key size must be equal to 56 
  36.      * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
  37.      * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
  38.      * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
  39.      * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
  40.      * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
  41.      * </pre> 
  42.      *  
  43.      * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代碼 
  44.      * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替換 
  45.      * <code> 
  46.      * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key); 
  47.      * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM); 
  48.      * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks); 
  49.      * </code> 
  50.      */  
  51.     public static final String ALGORITHM = "DES";  
  52.   
  53.     /** 
  54.      * 轉換密鑰<br> 
  55.      *  
  56.      * @param key 
  57.      * @return  
  58.      * @throws Exception 
  59.      */  
  60.     private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {  
  61.         DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);  
  62.         SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);  
  63.         SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);  
  64.   
  65.         // 當使用其餘對稱加密算法時，如AES、Blowfish等算法時，用下述代碼替換上述三行代碼  
  66.         // SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);  
  67.   
  68.         return secretKey;  
  69.     }  
  70.   
  71.     /** 
  72.      * 解密 
  73.      *  
  74.      * @param data 
  75.      * @param key 
  76.      * @return 
  77.      * @throws Exception 
  78.      */  
  79.     public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
  80.         Key k = toKey(decryptBASE64(key));  
  81.   
  82.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);  
  83.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);  
  84.   
  85.         return cipher.doFinal(data);  
  86.     }  
  87.   
  88.     /** 
  89.      * 加密 
  90.      *  
  91.      * @param data 
  92.      * @param key 
  93.      * @return 
  94.      * @throws Exception 
  95.      */  
  96.     public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
  97.         Key k = toKey(decryptBASE64(key));  
  98.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);  
  99.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);  
  100.   
  101.         return cipher.doFinal(data);  
  102.     }  
  103.   
  104.     /** 
  105.      * 生成密鑰 
  106.      *  
  107.      * @return 
  108.      * @throws Exception 
  109.      */  
  110.     public static String initKey() throws Exception {  
  111.         return initKey(null);  
  112.     }  
  113.   
  114.     /** 
  115.      * 生成密鑰 
  116.      *  
  117.      * @param seed 
  118.      * @return 
  119.      * @throws Exception 
  120.      */  
  121.     public static String initKey(String seed) throws Exception {  
  122.         SecureRandom secureRandom = null;  
  123.   
  124.         if (seed != null) {  
  125.             secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));  
  126.         } else {  
  127.             secureRandom = new SecureRandom();  
  128.         }  
  129.   
  130.         KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);  
  131.         kg.init(secureRandom);  
  132.   
  133.         SecretKey secretKey = kg.generateKey();  
  134.   
  135.         return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
  136.     }  
  137. }   
import java.security.Key;
import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;


/**
 * DES安全編碼組件
 * 
 * <pre>
 * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC二、RC4(ARCFOUR)
 * DES          		key size must be equal to 56
 * DESede(TripleDES) 	key size must be equal to 112 or 168
 * AES          		key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
 * Blowfish     		key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
 * RC2          		key size must be between 40 and 1024 bits
 * RC4(ARCFOUR) 		key size must be between 40 and 1024 bits
 * 具體內容 須要關注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html
 * </pre>
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class DESCoder extends Coder {
	/**
	 * ALGORITHM 算法 <br>
	 * 可替換爲如下任意一種算法，同時key值的size相應改變。
	 * 
	 * <pre>
	 * DES          		key size must be equal to 56
	 * DESede(TripleDES) 	key size must be equal to 112 or 168
	 * AES          		key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
	 * Blowfish     		key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
	 * RC2          		key size must be between 40 and 1024 bits
	 * RC4(ARCFOUR) 		key size must be between 40 and 1024 bits
	 * </pre>
	 * 
	 * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代碼
	 * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替換
	 * <code>
	 * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
	 * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
	 * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
	 * </code>
	 */
	public static final String ALGORITHM = "DES";

	/**
	 * 轉換密鑰<br>
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
		DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
		SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
		SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);

		// 當使用其餘對稱加密算法時，如AES、Blowfish等算法時，用下述代碼替換上述三行代碼
		// SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);

		return secretKey;
	}

	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));

		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 生成密鑰
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initKey() throws Exception {
		return initKey(null);
	}

	/**
	 * 生成密鑰
	 * 
	 * @param seed
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initKey(String seed) throws Exception {
		SecureRandom secureRandom = null;

		if (seed != null) {
			secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));
		} else {
			secureRandom = new SecureRandom();
		}

		KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		kg.init(secureRandom);

		SecretKey secretKey = kg.generateKey();

		return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
	}
}

延續上一個類的實現，咱們經過MD5以及SHA對字符串加密生成密鑰，這是比較常見的密鑰生成方式。
再給出一個測試類：
Java代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3.   
  4. import org.junit.Test;  
  5.   
  6. /** 
  7.  *  
  8.  * @author 樑棟 
  9.  * @version 1.0 
  10.  * @since 1.0 
  11.  */  
  12. public class DESCoderTest {  
  13.   
  14.     @Test  
  15.     public void test() throws Exception {  
  16.         String inputStr = "DES";  
  17.         String key = DESCoder.initKey();  
  18.         System.err.println("原文:\t" + inputStr);  
  19.   
  20.         System.err.println("密鑰:\t" + key);  
  21.   
  22.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();  
  23.         inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);  
  24.   
  25.         System.err.println("加密後:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));  
  26.   
  27.         byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);  
  28.         String outputStr = new String(outputData);  
  29.   
  30.         System.err.println("解密後:\t" + outputStr);  
  31.   
  32.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  33.     }  
  34. }   
import static org.junit.Assert.*;


import org.junit.Test;

/**
 * 
 * @author 樑棟
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class DESCoderTest {

	@Test
	public void test() throws Exception {
		String inputStr = "DES";
		String key = DESCoder.initKey();
		System.err.println("原文:\t" + inputStr);

		System.err.println("密鑰:\t" + key);

		byte[] inputData = inputStr.getBytes();
		inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);

		System.err.println("加密後:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));

		byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);
		String outputStr = new String(outputData);

		System.err.println("解密後:\t" + outputStr);

		assertEquals(inputStr, outputStr);
	}
}

獲得的輸出內容以下：
Console代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. 原文: DES  
  2. 密鑰: f3wEtRrV6q0=  
  3.   
  4. 加密後:    C6qe9oNIzRY=  
  5.   
  6. 解密後:    DES   
原文:	DES
密鑰:	f3wEtRrV6q0=

加密後:	C6qe9oNIzRY=

解密後:	DES

    由控制檯獲得的輸出，咱們可以比對加密、解密後結果一致。這是一種簡單的加密解密方式，只有一個密鑰。
    其實DES有不少同胞兄弟，如DESede(TripleDES)、AES、Blowfish、RC二、RC4(ARCFOUR)。這裏就不過多闡述了，大同小異，只要換掉ALGORITHM換成對應的值，同時作一個代碼替換 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);就能夠了，此外就是密鑰長度不一樣了。

Java代碼 複製代碼  收藏代碼
  1. /** 
  2.  * DES          key size must be equal to 56 
  3.  * DESede(TripleDES) key size must be equal to 112 or 168 
  4.  * AES          key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
  5.  * Blowfish     key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
  6.  * RC2          key size must be between 40 and 1024 bits 
  7.  * RC4(ARCFOUR) key size must be between 40 and 1024 bits 
  8.  **/  
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