Java加密与解密

首先应当区分加密与编码并不是一回事。

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一、简介

加密方式主要有3种：
- 可逆
  - 【对称加密】：symmetric，例如 AES、DES 等。
  - 【非对称加密】：asymmetric，例如 RSA、DSA 等。
- 不可逆
  - 【摘要加密】：Digest/Hash，例如 MD5、SHA-1、SHA-256、HMAC 等。
加解密思想：将一种排序好的二进制，转变为另一种排序的二进制。
- 输入：二进制数据
- 输出：二进制数据
注意：在加密后得到的是二进制数据，一般来说我们需要将其转变为更加容易阅读的十六进制范式，两种方式
- Base64编码：源数据3个字节为一组, 转化为4个字符表示。
- BigInteger转码：本质十六进制，源数据的1个字节为一组, 转为2个字符表示。
```
String en = Base64.getEncoder().encodeToString( endoce ); 
```
```
// 默认的2进制转16进制。【1】表示整数，不加可能得负值（结果出错） String encodeHex = new BigInteger(1,msg).toString(16); // 16进制数据转2进制 new BigInteger("1f6f", 16).toString(2) 
```
16进制一般针对无法显示的一些二进制进行显示，常用于：
- 加密解密。
- 编码转换。
- 图片表现形式转换。
【英语翻译】：
- Bin：Binary，二进制。
- Oct：Octal，八进制。
- Dec：Decimal，十进制。
- Hex：Hexadecimal，十六进制。

BouncyCastle库：

一个提供了很多哈希算法和加密算法的第三方库。它包含了Java原生中所缺失的一些加密方式（如国产算法），需要时再导入。

 
       <dependency> <groupId>org.bouncycastle 
        groupId> <artifactId>bcprov-jdk15on 
         artifactId> <version>1.70 
          version>  
           dependency>

在接下来的章节中，为了达到快速开发的目的，我会结合着Java辅助开发框架【hutool】来讲解。

 
       <dependency> <groupId>cn.hutool 
        groupId> <artifactId>hutool-crypto 
         artifactId> <version>5.8.5 
          version>  
           dependency>

二、对称加密AES

简介
- 对称加密也称私匙加密、传统密码算法，又分为两种类型：
  - 序列加密：也叫流加密(stream cyphers)，一次加密明文中的一个位。
  分组加密：也叫块加密(block cyphers)，一次加密明文中的一个块。
- 加密和解密共用一套密匙、共用同一个密码，私匙一般不可泄露，双方需要在一开始的时候就相互协商密匙；常用的zip解压缩使用的就是对称加密算法。
- 在加密的过程中存在三个概念：加密方式、工作模式、填充模式。
加密方式：
- DES：Data Encryption Standard，“数据加密标准”，密匙过短，可以在短时间内被暴力激活成功教程。
- AES：Advanced Encryption Standard，“高级加密标准”，又称Rijndael加密法，开发目的是为了取代DES，目前最流行的对称加密方式。
工作模式（6种）：维基百科
- ECB：Electronic codebook，电子密码本
- CBC：Cipher-block chaining，密码块链接
- PCBC：Propagating cipher-block chaining，填充密码块链接
- CFB：Cipher feedback，密文反馈
- OFB：Output feedback，输出反馈
- CTR：Counter mode，计数器模式
填充模式（9种）：
- No Padding：不填充，在此填充下原始数据必须是分组大小的整数倍，非整数倍时无法使用该模式。
- PKCS5 / PKCS7 Padding：两者基本相同，填充至符合块大小的整数倍。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 07 07 07 07 07 07 07
- ISO10126 Padding：填充至符合块大小的整数倍，填充值最后一个字节为填充的数量数，其他字节随机处理。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 3F 7A B4 09 14 36 07
- ISO7816-4 Padding：填充至符合块大小的整数倍，填充值第一个字节为十六进制80，其他字节填 0。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 80 00 00 00 00 00 00
- ZeroByte Padding：填充至符合块大小的整数倍，填充值为 0。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 00 00 00 00 00 00 00
- X923 Padding：填充至符合块大小的整数倍，填充值最后一个字节为填充的数量数，其他字节填 0。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 00 00 00 00 00 00 07
- TBC Padding（Trailing-Bit-Compliment）：填充至符合块大小的整数倍，原文最后一位为“1”时填充 0x00，最后一位为“0”时填充“0xFF”。
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF FF
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF FF 00 00 00 00 00 00 00
  - 原始：FF FF FF FF FF FF FF FF F0
  - 填充：FF FF FF FF FF FF FF FF F0 FF FF FF FF FF FF FF
- PKCS1 Padding：RSA 加密时，需要将原文填充至密钥大小。
密匙长度：
以AES为例，密匙长度指的就是 key 的长度，有AES128、AES192、AES256之分，密匙长度越长、保护性就越强、所需要的计算量就越大。密钥长度根据指定密钥位数分别为16、24、32个字符，IV与密钥超过长度则截取，不足则在末尾填充’\0’补足，选择了对应长度的密匙加密方式，密匙本身长度也要跟上。

AES，ECB模式加密

简介：
- ECB模式比较简单，每次固定的密匙总会生成固定的密文。
- 使用Cipher进行加解密，SecretKey为相对应的密匙、需要在Cipher中初始化。
步骤：
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。
【Java原生-加密】

String message = "待加密内容"; byte[] data = message.getBytes("UTF-8"); // 128位 = 16 byte 的 key 值 byte[] key = "abcdef".getBytes("UTF-8"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec); // 初始化加密工具 byte[] encrypted = cipher.doFinal(data); // 加密 String en = Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted);

【Java原生-解密】

byte[] key = "abcdef".getBytes("UTF-8"); byte[] decode = Base64.getDecoder() .decode("AYpKX4YMIhmojH89B3Pd9Q=="); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec); // 解密模式 byte[] bytes = cipher.doFinal(decode); String msg = new String(bytes,"utf-8"); System.out.println(msg); // 输出（正确）：“待加密内容”

【Hutool-加解密】

String content = "中文"; //随机生成密钥，当然也可以自定义 byte[] key = SecureUtil .generateKey(SymmetricAlgorithm.AES.getValue()) .getEncoded(); //构建【对称加密类（工具）】 AES aes = SecureUtil.aes(key); // 1. 普通加密、解密 byte[] encrypt = aes.encrypt(content); byte[] decrypt = aes.decrypt(encrypt); // 2. 加密、解密为16进制字符。 String encryptHex = aes.encryptHex(content); String decryptStr = aes.decryptStr(encryptHex);

AES，CBC模式加密
- 简介：
  需要一个随机数作为IV（Initialization Vector）初始化因子，这样对于同一份明文，每次生成的密文都会不同。IV参数不需要保密，在解密的时候作入参传入。IOS等移动端对AES加密有要求，必须为PKCS7Padding模式。
- 【原生】简单复合案例

public class Main { 
      public static void main(String[] args) throws Exception { 
      // 原文: String message = "Hello, world!"; System.out.println("Message: " + message); // 256位密钥 = 32 bytes Key: byte[] key = "abcdefabcdef".getBytes("UTF-8"); // 加密: byte[] data = message.getBytes("UTF-8"); byte[] encrypted = encrypt(key, data); System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted)); // 解密: byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted); System.out.println("Decrypted: " + new String(decrypted, "UTF-8")); } // 加密: public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); // CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector: SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong(); byte[] iv = sr.generateSeed(16); IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps); byte[] data = cipher.doFinal(input); // IV不需要保密，把IV和密文一起返回: return join(iv, data); } // 解密: public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { 
      // 把input分割成IV和密文: byte[] iv = new byte[16]; byte[] data = new byte[input.length - 16]; System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16); System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length); // 解密: Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps); return cipher.doFinal(data); } public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) { 
      byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length]; System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length); System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length); return r; } }

【hutool】

AES aes = new AES(Mode.CBC,Padding.PKCS5Padding, "0ABHAEQ".getBytes(), // 密匙key "DYgjCEIMVrj2W9xN".getBytes()); // iv加盐 // 加密、解密，16进制表示 String encryptHex = aes.encryptHex(content); String decryptStr = aes.decryptStr(encryptHex);

三、非对称加密RSA

简介
- 公匙、私匙，常用的非对称加密方式为：
  - RSA：由Ron Rivest，Adi Shamir，Leonard Adleman这三人共同发明，名字由为三人姓氏首字母大写。RSA加密算法基于一个十分简单的数论事实，即将两个大素数相乘十分容易，但想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。
  - DSA：Digital Signature Algorithm，数字签名算法，常用于签名。
- 某人可以向社会公布他的公匙，任何想发消息给他的人都得用公匙对消息进行加密，然后只有他可以用私匙解密对应消息。
- 非对称加密和对称加密都不能防止【中间人攻击】，应用2种：加密、签名。
【必要性说明】
非对称加密相较于对称加密速度慢、效率低，实际开发中，非对称加密总是和对称加密一起使用。
- 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。
- 小红用自己的RSA私钥解密得到AES口令。
- 双方使用这个共享的AES口令用AES加密通信。
RAS加密
- 【原生】

public class Main { 
       public static void main(String[] args) throws Exception { 
       // 明文: byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8"); // 创建公钥／私钥对: Person alice = new Person("Alice"); // 用Alice的公钥加密: byte[] pk = alice.getPublicKey(); System.out.println(String.format("public key: %x", new BigInteger(1, pk))); byte[] encrypted = alice.encrypt(plain); System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted))); // 用Alice的私钥解密: byte[] sk = alice.getPrivateKey(); System.out.println(String.format("private key: %x", new BigInteger(1, sk))); byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted); System.out.println(new String(decrypted, "UTF-8")); } } class Person { 
       String name; // 私钥: PrivateKey sk; // 公钥: PublicKey pk; public Person(String name) throws GeneralSecurityException { 
       this.name = name; // 生成公钥／私钥对: KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); kpGen.initialize(1024); KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair(); this.sk = kp.getPrivate(); this.pk = kp.getPublic(); } // 把私钥导出为字节 public byte[] getPrivateKey() { 
       return this.sk.getEncoded(); } // 把公钥导出为字节 public byte[] getPublicKey() { 
       return this.pk.getEncoded(); } // 用公钥加密: public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException { 
       Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); return cipher.doFinal(message); } // 用私钥解密: public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException { 
       Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); return cipher.doFinal(input); } }

【hutool】
- 使用AsymmetricCrypto类。
- 当拥有密文和一份密匙，只需重新利用密匙构建AsymmetricCrypto即可，此时另一份密匙传入null。

// 构建 RSA 加密工具，可传参【公匙】与【私匙】。 AsymmetricCrypto rsa = new AsymmetricCrypto("RSA"); // 获得私钥，可存储于其他文件中 PrivateKey sk = rsa.getPrivateKey(); String sk64 = rsa.getPrivateKeyBase64(); // 获得公钥，可存储于其他文件中 PublicKey pk = rsa.getPublicKey(); String pk64 = rsa.getPublicKeyBase64(); // 公钥加密，私钥解密 String encode = rsa.encryptBase64("中文", KeyType.PublicKey); String decode = rsa.decryptStr(encode, KeyType.PrivateKey);

RAS签名

私匙加密、公匙解密。
- 发布者在公布自己的消息时，需要公布两份东西，一份是数据，另一份就是签名。
- 验证时，先将数据经过散列得到Hash1，再将签名公匙解密得到Hash2，两者进行比对。
- 事先经过hash散列的好处就是缩短了要加密的数据和生成的签名数据，进一步减轻了带宽压力。
常用的数字签名算法有3种，实际上就是指定某种哈希算法进行RSA签名的方式。
- MD5withRSA
- SHA1withRSA
- SHA256withRSA

Java加密与解密

【原生】

// 生成RSA公钥、私钥 KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); kpGen.initialize(1024); KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair(); PrivateKey sk = kp.getPrivate(); PublicKey pk = kp.getPublic(); // 待签名的消息 byte[] message = "中文".getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 用私钥签名 Signature signSk = Signature.getInstance("SHA1withRSA"); signSk.initSign(sk); signSk.update(message); byte[] signed = signSk.sign(); System.out.println(String.format("signature: %x", new BigInteger(1, signed))); // 用公钥验证，最后得到的是Boolean值，判断真假。 Signature signPk = Signature.getInstance("SHA1withRSA"); signPk.initVerify(pk); signPk.update(message); boolean valid = signPk.verify(signed); System.out.println("valid? " + valid);

【hutool】

byte[] data = "中文".getBytes(); Sign sign = SecureUtil.sign(SignAlgorithm.MD5withRSA); //签名 byte[] signed = sign.sign(data); //验证签名 boolean verify = sign.verify(data, signed); System.out.println(verify);

// 可以将本次生成的私匙与公匙保存到文件 PublicKey pk = sign.getPublicKey(); PrivateKey sk = sign.getPrivateKey();

四、摘要加密Hash

简介
- 哈希严格来说只是一种摘要算法Digest而不是加密算法。
- 特点：
  - 对于任意输入，都输出固定长度的值。
  - “不可逆”算法。
- 应用领域：
  - 加密，MD5加盐散列。
  - 数据完整性验证。
加盐思想：为什么加盐能够防止黑客通过彩虹表激活成功教程？
因为在没有加盐时，黑客拥有一张通过大量时间计算得出来的“彩虹表1”，可以轻易的碰撞到原始密码。当我们加盐之后，由于盐值可以是随机的（比如盐值为用户名），此时黑客就需要重新计算大量数据，这种计算是极其耗费时间的。

Java原生哈希算法：输入任意字符，输出固定4字节int型整数。

// 1. hash 后获得十进制数 Integer code = "Java".hashCode(); // 2. 将十进制数转为十六进制数 String hashString = Integer.toHexString(code); // 3. 输出(0x)231e42，4字符 = 32位 = 长度为2+6的十六进制数。 System.out.println(hashString);

常见Hash算法
- MD5占内存128位，32字符。
- MD5与SHA-1算法现已可激活成功教程，不推荐敏感程序使用（MD5更快、SHA-1更安全）。
- SHA算法可分为3代，分别为：
  - SHA-1系列：SHA-1。
  - SHA-2系列：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。
  - SHA-3系列：SHA3-224、SHA3-256、SHA3-384、SHA3-512。
hutool提供了一些哈希算法实现

MD5加密：不加盐版

【原生】

// 获取MessageDigest实例: MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5"); // 反复调用update输入数据: md.update("中".getBytes("UTF-8")); md.update("文".getBytes("UTF-8")); // a7bac2239fcdcb3a067903d8077c4a07 byte[] result = md.digest(); System.out.println(new BigInteger(1, result).toString(16));

【hutool】

String testStr = "中文"; Digester md5 = new Digester(DigestAlgorithm.MD5); String digestHex = md5.digestHex(testStr); // a7bac2239fcdcb3a067903d8077c4a07 System.out.println(digestHex);

MD5加密：加盐版。

加盐本质：拼接字符串再加密。
【原生】：直接拼接字符串，将 key 与原文拼接一起再 encry。
【Hmac算法】：Hash-based Message Authentication Code，Java原生类，一种更安全的哈希算法，适用于任何可迭代的哈希算法，例如md5、SHA-1等。

KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("HmacMD5"); SecretKey key = keyGen.generateKey(); // 打印随机生成的key: byte[] skey = key.getEncoded(); System.out.println(new BigInteger(1, skey).toString(16)); Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5"); mac.init(key); mac.update("HelloWorld".getBytes("UTF-8")); byte[] result = mac.doFinal(); System.out.println(new BigInteger(1, result).toString(16));

【hutool】

byte[] salt = "password".getBytes(); HMac hmac = new HMac(HmacAlgorithm.HmacMD5, salt); // b977f4b13f93f549e0bded384 String hmacHex = hmac.digestHex("中文".getBytes("UTF-8")); System.out.println(macHex);

五、国产加密SM

重要章节

简介：

【hutool】框架工具类SmUtil。
涉及到国产加密算法，需导入Bouncy Castle包。

<dependency> <groupId>org.bouncycastle 
            groupId> <artifactId>bcprov-jdk15on 
             artifactId> <version>1.70 
              version>  
               dependency>

国密加密主要分为：
- 非对称加密和签名：SM2、SM9。
- 摘要签名算法：SM3
- 对称加密：SM1、SM4、SM7、祖冲之密码（ZUC）。
SM1算法不公开，仅以IP核的方式存在于芯片中，例如智能门锁、智能IC卡等，成本高。

非对称加密SM2

【加密】

String text = "中文"; SM2 sm2 = SmUtil.sm2(); // 随机公钥加密、私钥解密，自定义直接构造时传入或set__()即可 String enStr = sm2.encryptBcd(text, KeyType.PublicKey); byte[] de = sm2.decryptFromBcd(encryptStr, KeyType.PrivateKey); String deStr = new String(decode);

【签名】
HexUtil是将字符串或byte数组与16进制表示转换的工具类，效果与使用BigInteger一样，其两者底层实现一样，可以互用。

String content = "中文"; final SM2 sm2 = SmUtil.sm2(); // 先转为十六进制数据Hex，然后再签名 String sign = sm2.signHex(HexUtil.encodeHexStr(content)); // true boolean v = sm2.verifyHex(HexUtil.encodeHexStr(content), sign);

摘要加密SM3

String digestHex = SmUtil.sm3("中文");

对称加密SM4

String content = "test中文"; SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4(); String encryptHex = sm4.encryptHex(content); String decryptStr = sm4.decryptStr(encryptHex);

发布者：全栈程序员-站长，转载请注明出处：https://javaforall.net/204369.html原文链接：https://javaforall.net

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一、简介

二、对称加密AES

三、非对称加密RSA

四、摘要加密Hash

五、国产加密SM

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三、非对称加密RSA

四、摘要加密Hash

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