对称加密算法 |
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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： 从程序的角度看，所谓加密，就是这样一个函数，它接收密码和明文，然后输出密文： secret = encrypt(key, message);而解密则相反，它接收密码和密文，然后输出明文： plain = decrypt(key, secret);在软件开发中，常用的对称加密算法有： 算法密钥长度工作模式填充模式 DES56/64ECB/CBC/PCBC/CTR/...NoPadding/PKCS5Padding/... AES128/192/256ECB/CBC/PCBC/CTR/...NoPadding/PKCS5Padding/PKCS7Padding/... IDEA128ECBPKCS5Padding/PKCS7Padding/...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。 使用AES加密AES算法是目前应用最广泛的加密算法。我们先用ECB模式加密并解密： import java.security.*; import java.util.Base64; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; public class Main { public static void main(String[] args) throws Exception { // 原文: String message = "Hello, world!"; System.out.println("Message: " + message); // 128位密钥 = 16 bytes Key: byte[] key = "1234567890abcdef".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/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec); return cipher.doFinal(input); } // 解密: public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec); return cipher.doFinal(input); } }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： 根据算法名称/工作模式/填充模式获取Cipher实例； 根据算法名称初始化一个SecretKey实例，密钥必须是指定长度； 使用SecretKey初始化Cipher实例，并设置加密或解密模式； 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： import java.security.*; import java.util.Base64; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; ---- 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 = "1234567890abcdef1234567890abcdef".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; } }在CBC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。 小结对称加密算法使用同一个密钥进行加密和解密，常用算法有DES、AES和IDEA等； 密钥长度由算法设计决定，AES的密钥长度是128/192/256位； 使用对称加密算法需要指定算法名称、工作模式和填充模式。 |
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