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Java加密技术（二）

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  • Java
Java算法junitSecurityJDK 
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    接下来我们介绍对称加密算法，最常用的莫过于DES数据加密算法。
DES
DES-Data Encryption Standard,即数据加密算法。是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥;Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;Mode为DES的工作方式,有两种:加密或解密。
　　DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位。



通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）
Java代码 复制代码
  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安全编码组件  
  13.  *   
  14.  * <pre>  
  15.  * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、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.  * 具体内容 需要关注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html  
  23.  * </pre>  
  24.  *   
  25.  * @author 梁栋  
  26.  * @version 1.0  
  27.  * @since 1.0  
  28.  */  
  29. public abstract class DESCoder extends Coder {   
  30.     /**  
  31.      * ALGORITHM 算法 <br>  
  32.      * 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。  
  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)方法中使用下述代码  
  44.      * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替换  
  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.      * 转换密钥<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.         // 当使用其他对称加密算法时，如AES、Blowfish等算法时，用下述代码替换上述三行代码   
  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.      * 生成密钥  
  106.      *   
  107.      * @return  
  108.      * @throws Exception  
  109.      */  
  110.     public static String initKey() throws Exception {   
  111.         return initKey(null);   
  112.     }   
  113.   
  114.     /**  
  115.      * 生成密钥  
  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安全编码组件
 * 
 * <pre>
 * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、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
 * 具体内容 需要关注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html
 * </pre>
 * 
 * @author 梁栋
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class DESCoder extends Coder {
	/**
	 * ALGORITHM 算法 <br>
	 * 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。
	 * 
	 * <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)方法中使用下述代码
	 * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替换
	 * <code>
	 * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
	 * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
	 * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
	 * </code>
	 */
	public static final String ALGORITHM = "DES";

	/**
	 * 转换密钥<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);

		// 当使用其他对称加密算法时，如AES、Blowfish等算法时，用下述代码替换上述三行代码
		// 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);
	}

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

	/**
	 * 生成密钥
	 * 
	 * @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());
	}
}

延续上一个类的实现，我们通过MD5以及SHA对字符串加密生成密钥，这是比较常见的密钥生成方式。
再给出一个测试类：
Java代码 复制代码
  1. import static org.junit.Assert.*;   
  2.   
  3. import org.junit.Test;   
  4.   
  5. /**  
  6.  *   
  7.  * @author 梁栋  
  8.  * @version 1.0  
  9.  * @since 1.0  
  10.  */  
  11. public class DESCoderTest {   
  12.   
  13.     @Test  
  14.     public void test() throws Exception {   
  15.         String inputStr = "DES";   
  16.         String key = DESCoder.initKey();   
  17.         System.err.println("原文:\t" + inputStr);   
  18.   
  19.         System.err.println("密钥:\t" + key);   
  20.   
  21.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();   
  22.         inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);   
  23.   
  24.         System.err.println("加密后:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));   
  25.   
  26.         byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);   
  27.         String outputStr = new String(outputData);   
  28.   
  29.         System.err.println("解密后:\t" + outputStr);   
  30.   
  31.         assertEquals(inputStr, outputStr);   
  32.     }   
  33. }  
import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
 * 
 * @author 梁栋
 * @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("密钥:\t" + key);

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

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

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

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

		assertEquals(inputStr, outputStr);
	}
}

得到的输出内容如下：
Console代码 复制代码
  1. 原文: DES   
  2. 密钥: f3wEtRrV6q0=   
  3.   
  4. 加密后:    C6qe9oNIzRY=   
  5.   
  6. 解密后:    DES  
原文:	DES
密钥:	f3wEtRrV6q0=

加密后:	C6qe9oNIzRY=

解密后:	DES

    由控制台得到的输出，我们能够比对加密、解密后结果一致。这是一种简单的加密解密方式，只有一个密钥。
    其实DES有很多同胞兄弟，如DESede(TripleDES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR)。这里就不过多阐述了，大同小异，只要换掉ALGORITHM换成对应的值，同时做一个代码替换SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);就可以了，此外就是密钥长度不同了。

Java代码 复制代码
  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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