非对称加密算法-ElGamal算法

一.非对称算法介绍：
非对称加密算法（asymmetric cryptographic algorithm）又名“公开密钥加密算法”，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。
二.工作原理：
要向B发送信息，A和B都要产生一对用于加密和解密的公钥和私钥。
的私钥保密，A的公钥告诉B；B的私钥保密，B的公钥告诉A。
要给B发送信息时，A用B的公钥加密信息，因为A知道B的公钥。
将这个消息发给B（已经用B的公钥加密消息）。
收到这个消息后，B用自己的私钥解密A的消息。其他所有收到这个报文的人都无法解密，因为只有B才有B的私钥。
三.ElGamal算法介绍：
ElGamal算法既能用于数据加密也能用于数字签名，其安全性依赖于计算有限域上离散对数这一难题。
ElGamal用于加密。被加密信息为M，首先选择一个随机数k，k与 p - 1互质，计算
a = g^k ( mod p )　　
b = y^k M ( mod p )　　
( a, b )为密文，是明文的两倍长。
解密时计算M = b / a^x ( mod p )
ElGamal签名的安全性依赖于乘法群(IFp)* 上的离散对数计算。素数p必须足够大，且p-1至少包含一个大素数。
1、ElGamal算法和ECC算法基于离散对数问题
2、这个是一个单向的过程。虽然密钥对构造简单，但是只是乙方向另外一方单向传送数据进行加解密，不能发向操作
3、这里只有“公钥加密、私钥解密”这个过程
4、ElGamal不足之处就是 密文会成倍增长
5、ElGamal和RSA最大不同就是他们构造密钥对的方式不同。还有就是是否为双向加解密
四.模型分析：
以甲方向乙方发送数据为模型
1、甲方构造密钥对（公钥+私钥），公布公钥给乙方
2、这里甲方没法给乙方发送数据了，只有乙方能给甲方传送数据
3、乙方用公钥对数据进行加密，传送给甲方，甲方用私钥对数据进行解密
五.代码实现：

 

package com.ca.test;
import java.security.AlgorithmParameterGenerator;
import java.security.AlgorithmParameters;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
/**
 * 非对称加密算法ElGamal算法组件
 * 非对称算法一般是用来传送对称加密算法的密钥来使用的。相对于RSA算法，这个算法只支持私钥加密公钥解密
 * @author kongqz
 * */
public class ElGamalCoder {
	//非对称密钥算法
	public static final String KEY_ALGORITHM="ElGamal";
	
	
	/**
	 * 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024
	 * 密钥长度必须是8的倍数，在160到16384位之间
	 * */
	private static final int KEY_SIZE=256;
	//公钥
	private static final String PUBLIC_KEY="ElGamalPublicKey";
	
	//私钥
	private static final String PRIVATE_KEY="ElGamalPrivateKey";
	
	/**
	 * 初始化密钥对
	 * @return Map 甲方密钥的Map
	 * */
	public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
		//加入对BouncyCastle支持
		Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
		AlgorithmParameterGenerator apg=AlgorithmParameterGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		//初始化参数生成器
		apg.init(KEY_SIZE);
		//生成算法参数
		AlgorithmParameters params=apg.generateParameters();
		//构建参数材料
		DHParameterSpec elParams=(DHParameterSpec)params.getParameterSpec(DHParameterSpec.class);
		
		//实例化密钥生成器
		KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM) ;
		
		//初始化密钥对生成器
		kpg.initialize(elParams,new SecureRandom());
		
		KeyPair keyPair=kpg.generateKeyPair();
		//甲方公钥
		PublicKey publicKey= keyPair.getPublic();
		//甲方私钥
		PrivateKey privateKey= keyPair.getPrivate();
		//将密钥存储在map中
		Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
		keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
		keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
		return keyMap;
		
	}
	
	
	/**
	 * 公钥加密
	 * @param data待加密数据
	 * @param key 密钥
	 * @return byte[] 加密数据
	 * */
	public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		
		//实例化密钥工厂
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		//初始化公钥
		//密钥材料转换
		X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
		//产生公钥
		PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
		
		//数据加密
		Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
		return cipher.doFinal(data);
	}
	/**
	 * 私钥解密
	 * @param data 待解密数据
	 * @param key 密钥
	 * @return byte[] 解密数据
	 * */
	public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		//取得私钥
		PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(key);
		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		//生成私钥
		PrivateKey privateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
		//数据解密
		Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
		return cipher.doFinal(data);
	}
	
	/**
	 * 取得私钥
	 * @param keyMap 密钥map
	 * @return byte[] 私钥
	 * */
	public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){
		Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
		return key.getEncoded();
	}
	/**
	 * 取得公钥
	 * @param keyMap 密钥map
	 * @return byte[] 公钥
	 * */
	public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{
		Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
		return key.getEncoded();
	}
	/**
	 * @param args
	 * @throws Exception 
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//初始化密钥
		//生成密钥对
		Map<String,Object> keyMap=ElGamalCoder.initKey();
		//公钥
		byte[] publicKey=ElGamalCoder.getPublicKey(keyMap);
		
		//私钥
		byte[] privateKey=ElGamalCoder.getPrivateKey(keyMap);
		System.out.println("公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey));
		System.out.println("私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey));
		
		System.out.println("================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============");
		String str="ElGamal密码交换算法";
		System.out.println("/n===========甲方向乙方发送加密数据==============");
		System.out.println("原文:"+str);
		
		//乙方使用公钥对数据进行加密
		byte[] code2=ElGamalCoder.encryptByPublicKey(str.getBytes(), publicKey);
		System.out.println("===========乙方使用公钥对数据进行加密==============");
		System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2));
		
		
		//甲方使用私钥对数据进行解密
		byte[] decode2=ElGamalCoder.decryptByPrivateKey(code2, privateKey);
		
		System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2));
	}
}

控制台输出：

 

公钥：

MHgwUAYGKw4HAgEBMEYCIQD0uq+9qH/RFRMgdsbGP9scyNhsDF51I40kDUGYfDs9LwIhAMxG0VQV

ZBaqTMZzLeFGYO2SBQX2UMAnuiBzLhKEcPh1AyQAAiEA2eL2mHUbsm/3p9wNRLSaikuOmkRoIbbp

Ltvj8Lok3OE=

私钥：

MHkCAQAwUAYGKw4HAgEBMEYCIQD0uq+9qH/RFRMgdsbGP9scyNhsDF51I40kDUGYfDs9LwIhAMxG

0VQVZBaqTMZzLeFGYO2SBQX2UMAnuiBzLhKEcPh1BCICIHkLWWt3E212XnDAMZonNEE4tDbDtkVV

9GOHK/rBjAQi

================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============

===========甲方向乙方发送加密数据==============

原文:ElGamal密码交换算法

===========乙方使用公钥对数据进行加密==============

加密后的数据：d9HzNTy1AnEk9c7f6cUs7B6QRbHnMSd3666pfqlffC+ziJj0jYCcmV4Jso8eU1gTs57z8pjJB23j

mCB1A8uFjw==

甲方解密后的数据：ElGamal密码交换算法

六.总结：

1、这个是一个单向传递数据的过程，这个和RSA不同，RSA的公钥私钥都可以用来做加解密数据的

2、这里java6不支持ElGamal算法，BouncyCastle支持这个算法

3、这里的公钥私钥长度几乎一致

4、这里只有“公钥加密、私钥解密”这一个原则