Java加密解密上篇【包括MD5、BASE64、DES、RSA等算法】

2016-1-5 diaba 基础

原文 http://hello-nick-xu.iteye.com/blog/2103775


 搞Java的攻城狮应该比较欣喜若狂的，不仅Sun公司的JDK提供了庞大的类库，而且还有众多的开源组织和个人不断地丰富着Java的生态系统。没错的，诸如MD5、BASE64、DES、RSA等经典加密解密算法，JDK都有提供专门的API来封装相关操作。程序猿只需要了解算法的思想，以及学习如何使用API即可。吻当然，针对BASE64算法，JDK仅仅提供了非常标准的实现，在某些场景下无法满足应用需求。在最后一部分，将学习Apache提供的Commons Codec大笑对BASE64算法的扩展实现，以满足实践的需要。

 

<一>. MD5加密算法：

       消息摘要算法第五版(Message Digest Algorithm)，是一种单向加密算法，只能加密、无法解密。然而MD5加密算法已经被中国山东大学王小云教授成功破译哭，但是在安全性要求不高的场景下，MD5加密算法仍然具有应用价值。

 1. 创建md5对象： 

Java代码 
  1. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("md5");  

 2.  进行加密操作： 

Java代码 
  1. byte[] cipherData = md5.digest(plainText.getBytes());  

 3.  将其中的每个字节转成十六进制字符串：byte类型的数据最高位是符号位，通过和0xff进行与操作，转换为int类型的正整数。 

Java代码 
  1. String toHexStr = Integer.toHexString(cipher & 0xff);  

 4. 如果该正数小于16(长度为1个字符)，前面拼接0占位：确保最后生成的是32位字符串。 

Java代码 
  1. builder.append(toHexStr.length() == 1 ? "0" + toHexStr : toHexStr);  

 5. 加密转换之后的字符串为：c0bb4f54f1d8b14caf6fe1069e5f93ad 

 6. 完整的MD5算法应用如下所示： 

Java代码 
  1. /** 
  2.  * 功能简述: 测试MD5单向加密. 
  3.  * @throws Exception 
  4.  */  
  5. @Test  
  6. public void test01() throws Exception {  
  7.     String plainText = "Hello , world !";  
  8.     MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("md5");  
  9.     byte[] cipherData = md5.digest(plainText.getBytes());  
  10.     StringBuilder builder = new StringBuilder();  
  11.     for(byte cipher : cipherData) {  
  12.         String toHexStr = Integer.toHexString(cipher & 0xff);  
  13.         builder.append(toHexStr.length() == 1 ? "0" + toHexStr : toHexStr);  
  14.     }  
  15.     System.out.println(builder.toString());  
  16.     //c0bb4f54f1d8b14caf6fe1069e5f93ad  
  17. }  

 

<二>. 使用BASE64进行加密/解密：

        使用BASE64算法通常用作对二进制数据进行加密，加密之后的数据不易被肉眼识别。严格来说，经过BASE64加密的数据其实没有安全性可言保密，因为它的加密解密算法都是公开的，典型的防菜鸟不防程序猿的呀。 经过标准的BASE64算法加密后的数据， 通常包含/、+、=等特殊符号，不适合作为url参数传递，幸运的是Apache的Commons Codec模块提供了对BASE64的进一步封装。  (参见最后一部分的说明)

 1. 使用BASE64加密： 

Java代码 
  1. BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();  
  2. String cipherText = encoder.encode(plainText.getBytes());  

  2. 使用BASE64解密： 

Java代码 
  1. BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();  
  2. plainText = new String(decoder.decodeBuffer(cipherText));  

  3. 完整代码示例： 

Java代码 
  1. /** 
  2.  * 功能简述: 使用BASE64进行双向加密/解密. 
  3.  * @throws Exception 
  4.  */  
  5. @Test  
  6. public void test02() throws Exception {  
  7.     BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();  
  8.     BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();  
  9.     String plainText = "Hello , world !";  
  10.     String cipherText = encoder.encode(plainText.getBytes());  
  11.     System.out.println("cipherText : " + cipherText);  
  12.     //cipherText : SGVsbG8gLCB3b3JsZCAh  
  13.     System.out.println("plainText : " +   
  14.         new String(decoder.decodeBuffer(cipherText)));  
  15.     //plainText : Hello , world !  

 

<三>. 使用DES对称加密/解密：

         数据加密标准算法(Data Encryption Standard)，和BASE64最明显的区别就是有一个工作密钥，该密钥既用于加密、也用于解密，并且要求密钥是一个长度至少大于8位的字符串。使用DES加密、解密的核心是确保工作密钥的安全性。叫喊

 1. 根据key生成密钥： 

Java代码 
  1. DESKeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());  
  2. SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("des");  
  3. SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);  

  2. 加密操作： 

Java代码 
  1. Cipher cipher = Cipher.getInstance("des");  
  2. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new SecureRandom());  
  3. byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());  

  3. 为了便于观察生成的加密数据，使用BASE64再次加密： 

Java代码 
  1. String cipherText = new BASE64Encoder().encode(cipherData);  

     生成密文如下：PtRYi3sp7TOR69UrKEIicA== 

  4. 解密操作： 

Java代码 
  1. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new SecureRandom());  
  2. byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);  
  3. String plainText = new String(plainData);  

  5. 完整的代码demo： 

Java代码 
  1. /** 
  2.  * 功能简述: 使用DES对称加密/解密. 
  3.  * @throws Exception 
  4.  */  
  5. @Test  
  6. public void test03() throws Exception {  
  7.     String plainText = "Hello , world !";  
  8.     String key = "12345678";    //要求key至少长度为8个字符  
  9.       
  10.     SecureRandom random = new SecureRandom();  
  11.     DESKeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());  
  12.     SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("des");  
  13.     SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);  
  14.       
  15.     Cipher cipher = Cipher.getInstance("des");  
  16.     cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, random);  
  17.     byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());  
  18.     System.out.println("cipherText : " + new BASE64Encoder().encode(cipherData));  
  19.     //PtRYi3sp7TOR69UrKEIicA==  
  20.       
  21.     cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, random);  
  22.     byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);  
  23.     System.out.println("plainText : " + new String(plainData));  
  24.     //Hello , world !  
  25. }  

 

<四>. 使用RSA非对称加密/解密：

        RSA算法是非对称加密算法的典型代表，既能加密、又能解密。和对称加密算法比如DES的明显区别在于用于加密、解密的密钥是不同的。使用RSA算法，只要密钥足够长(一般要求1024bit)，加密的信息是不能被破解的。天真用户通过https协议访问服务器时，就是使用非对称加密算法进行数据的加密、解密操作的。

       服务器发送数据给客户端时使用私钥（private key）进行加密，并且使用加密之后的数据和私钥生成数字签名（digital signature）并发送给客户端。客户端接收到服务器发送的数据会使用公钥（public key）对数据来进行解密，并且根据加密数据和公钥验证数字签名的有效性，防止加密数据在传输过程中被第三方进行了修改。

       客户端发送数据给服务器时使用公钥进行加密，服务器接收到加密数据之后使用私钥进行解密。

 1. 创建密钥对KeyPair：

Java代码 
  1. KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("rsa");  
  2. keyPairGenerator.initialize(1024);  //密钥长度推荐为1024位.  
  3. KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();  

  2. 获取公钥/私钥：

Java代码 
  1. PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();  
  2. PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();  

  3. 服务器数据使用私钥加密：

Java代码 
  1. Cipher cipher = Cipher.getInstance("rsa");  
  2. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey, new SecureRandom());  
  3. byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());  

  4. 用户使用公钥解密：

Java代码 
  1. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey, new SecureRandom());  
  2. byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);  

  5. 服务器根据私钥和加密数据生成数字签名：

Java代码 
  1. Signature signature  = Signature.getInstance("MD5withRSA");  
  2. signature.initSign(privateKey);  
  3. signature.update(cipherData);  
  4. byte[] signData = signature.sign();  

  6. 用户根据公钥、加密数据验证数据是否被修改过：

Java代码 
  1. signature.initVerify(publicKey);  
  2. signature.update(cipherData);  
  3. boolean status = signature.verify(signData);  

  7. RSA算法代码demo：尴尬

Java代码 
  1. /** 
  2.  * 功能简述: 使用RSA非对称加密/解密. 
  3.  * @throws Exception 
  4.  */  
  5. @Test  
  6. public void test04() throws Exception {  
  7.     String plainText = "Hello , world !";  
  8.       
  9.     KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("rsa");  
  10.     keyPairGenerator.initialize(1024);  
  11.     KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();  
  12.       
  13.     PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();  
  14.     PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();  
  15.       
  16.     Cipher cipher = Cipher.getInstance("rsa");  
  17.     SecureRandom random = new SecureRandom();  
  18.       
  19.     cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey, random);  
  20.     byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());  
  21.     System.out.println("cipherText : " + new BASE64Encoder().encode(cipherData));  
  22.     //gDsJxZM98U2GzHUtUTyZ/Ir/NXqRWKUJkl6olrLYCZHY3RnlF3olkWPZ35Dwz9BMRqaTL3oPuyVq  
  23.     //sehvHExxj9RyrWpIYnYLBSURB1KVUSLMsd/ONFOD0fnJoGtIk+T/+3yybVL8M+RI+HzbE/jdYa/+  
  24.     //yQ+vHwHqXhuzZ/N8iNg=  
  25.   
  26.     cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey, random);  
  27.     byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);  
  28.     System.out.println("plainText : " + new String(plainData));  
  29.     //Hello , world !  
  30.       
  31.     Signature signature  = Signature.getInstance("MD5withRSA");  
  32.     signature.initSign(privateKey);  
  33.     signature.update(cipherData);  
  34.     byte[] signData = signature.sign();  
  35.     System.out.println("signature : " + new BASE64Encoder().encode(signData));  
  36.     //ADfoeKQn6eEHgLF8ETMXan3TfFO03R5u+cQEWtAQ2lRblLZw1DpzTlJJt1RXjU451I84v3297LhR  
  37.     //co64p6Sq3kVt84wnRsQw5mucZnY+jRZNdXpcbwh2qsh8287NM2hxWqp4OOCf/+vKKXZ3pbJMNT/4  
  38.     ///t9ewo+KYCWKOgvu5QQ=  
  39.   
  40.     signature.initVerify(publicKey);  
  41.     signature.update(cipherData);  
  42.     boolean status = signature.verify(signData);  
  43.     System.out.println("status : " + status);  
  44.     //true  
  45. }  

 

        Ok，这个blog的内容够长的了，还是在下一篇博客中对加密解密封装成一个工具类吧，然后简单介绍一下Commons Codec对BASE64的扩展支持！微笑

标签: 加密 解密

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