Java加密/解密算法快速入门上篇[包括MD5、BASE64、DES、RSA等]

红太狼 2022-06-15 03:54 135阅读 0赞

Java工程师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。程序员只需要了解算法的思想，以及学习如何使用API即可。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，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，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。

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。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：

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，下一篇中对加密解密封装成一个工具类，然后简单介绍一下Commons Codec对BASE64的扩展支持。