非对称加密算法-DH算法

http://blog.csdn.net/kongqz/article/category/800296

 

一、概述

  1、与对称加密算法的主要差别在于，加密和解密的密钥不相同，一个公开（公钥），一个保密（私钥）。主要解决了对称加密算法密钥分配管理的问题，提高了算法安全性。

  2、非对称加密算法的加密、解密的效率比较低。在算法设计上，非对称加密算法对待加密的数据长度有着苛刻的要求。例如RSA算法要求待加密的数据不得大于53个字节。

  3、非对称加密算法主要用于 交换对称加密算法的密钥，而非数据交换

  4、java6提供实现了DH和RSA两种算法。Bouncy Castle提供了E1Gamal算法支持。除了上述三种算法还有一个ECC算法，目前没有相关的开源组件提供支持

 

二、模型分析

我们还是以甲乙双方发送数据为模型进行分析

1、甲方（消息发送方，下同）构建密钥对（公钥+私钥），甲方公布公钥给乙方（消息接收方，下同）

2、乙方以甲方发送过来的公钥作为参数构造密钥对（公钥+私钥），将构造出来的公钥公布给甲方

3、甲方用“甲方的私钥+乙方的公钥”构造本地密钥

4、乙方用“乙方的私钥+甲方的公钥”构造本地的密钥

5、这个时候，甲乙两方本地新构造出来的密钥应该一样。然后就可以使用AES这类对称加密算法结合密钥进行数据的安全传送了。传送过程参考AES的相关算法

三、代码分析

 

package com.ca.test;
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.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
/**
 * 非对称加密算法DH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，所以这里我们用DH算法模拟密钥传送
 * 对称加密AES算法继续做我们的数据加解密
 * @author kongqz
 * */
public class DHCoder {
    //非对称密钥算法
    public static final String KEY_ALGORITHM="DH";

    //本地密钥算法，即对称加密算法。可选des，aes，desede
    public static final String SECRET_ALGORITHM="AES";

    /**
     * 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024
     * 密钥长度必须是64的倍数，在512到1024位之间
     * */
    private static final int KEY_SIZE=512;
    //公钥
    private static final String PUBLIC_KEY="DHPublicKey";

    //私钥
    private static final String PRIVATE_KEY="DHPrivateKey";

    /**
     * 初始化甲方密钥
     * @return Map 甲方密钥的Map
     * */
    public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
        //实例化密钥生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //生成密钥对
        KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //甲方公钥
        DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey) keyPair.getPublic();
        //甲方私钥
        DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey) 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;

    }

    /**
     * 初始化乙方密钥
     * @param key 甲方密钥（这个密钥是通过第三方途径传递的）
     * @return Map 乙方密钥的Map
     * */
    public static Map<String,Object> initKey(byte[] key) throws Exception{
        //解析甲方的公钥
        //转换公钥的材料
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //由甲方的公钥构造乙方密钥
        DHParameterSpec dhParamSpec=((DHPublicKey)pubKey).getParams();
        //实例化密钥生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化密钥生成器
        keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);
        //产生密钥对
        KeyPair keyPair=keyPairGenerator.genKeyPair();
        //乙方公钥
        DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey)keyPair.getPublic();
        //乙方私钥
        DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey)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;
    }
    /**
     * 加密
     * @param data待加密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 加密数据
     * */
    public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
        //数据加密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 解密
     * @param data 待解密数据
     * @param key 密钥
     * @return byte[] 解密数据
     * */
    public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);
        //数据解密
        Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
    /**
     * 构建密钥
     * @param publicKey 公钥
     * @param privateKey 私钥
     * @return byte[] 本地密钥
     * */
    public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey,byte[] privateKey) 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(publicKey);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //初始化私钥
        //密钥材料转换
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        //产生私钥
        PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //实例化
        KeyAgreement keyAgree=KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化
        keyAgree.init(priKey);
        keyAgree.doPhase(pubKey, true);
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey=keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM);
        return secretKey.getEncoded();
    }
    /**
     * 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 {
        //生成甲方的密钥对
        Map<String,Object> keyMap1=DHCoder.initKey();
        //甲方的公钥
        byte[] publicKey1=DHCoder.getPublicKey(keyMap1);

        //甲方的私钥
        byte[] privateKey1=DHCoder.getPrivateKey(keyMap1);
        System.out.println("甲方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey1));
        System.out.println("甲方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey1));

        //由甲方的公钥产生的密钥对
        Map<String,Object> keyMap2=DHCoder.initKey(publicKey1);
        byte[] publicKey2=DHCoder.getPublicKey(keyMap2);
        byte[] privateKey2=DHCoder.getPrivateKey(keyMap2);
        System.out.println("乙方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey2));
        System.out.println("乙方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey2));

        //组装甲方的本地加密密钥,由乙方的公钥和甲方的私钥组合而成
        byte[] key1=DHCoder.getSecretKey(publicKey2, privateKey1);
        System.out.println("甲方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key1));

        //组装乙方的本地加密密钥，由甲方的公钥和乙方的私钥组合而成
        byte[] key2=DHCoder.getSecretKey(publicKey1, privateKey2);
        System.out.println("乙方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key2));

        System.out.println("================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输=============");
        String str="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);
        System.out.println("===========使用甲方本地密钥对进行数据加密==============");
        //甲方进行数据的加密
        byte[] code1=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key1);
        System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code1));

        System.out.println("===========使用乙方本地密钥对数据进行解密==============");
        //乙方进行数据的解密
        byte[] decode1=DHCoder.decrypt(code1, key2);
        System.out.println("乙方解密后的数据："+new String(decode1)+"/n/n");

        System.out.println("===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============/n/n");

        str="乙方向甲方发送数据DH";

        System.out.println("原文:"+str);

        //使用乙方本地密钥对数据进行加密
        byte[] code2=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key2);
        System.out.println("===========使用乙方本地密钥对进行数据加密==============");
        System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2));

        System.out.println("=============乙方将数据传送给甲方======================");
        System.out.println("===========使用甲方本地密钥对数据进行解密==============");

        //甲方使用本地密钥对数据进行解密
        byte[] decode2=DHCoder.decrypt(code2, key1);

        System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2));
    }
}

控制台输出结果：
甲方公钥：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBALk1l11UT5Y1
evJv1sLQAXo7Yj/olsPMVJ/7zOx503CRcovA5Q+k2OyIZsl5H2qGCnqi+Da0/9zZx0go8Y/j5B4=
甲方私钥：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB0haXhPoDW
gLMF79N1ZZGu1dtHWAObe9obKAh4hGH0HsAsSY8qy17ZE0IyiOwYPXA=
乙方公钥：
MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBAOWqgUur2jDR
057ohEH4eb3KwOdmcbsv4GnvIlCVzwpBKVlUk0MMIeV8APLz/xIjjoOnNZx3rNknaO/+v85tG3g=
乙方私钥：
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB+/HgBYVlO
e2eAeU0HoWQyYsHt0tSPUZUqCyY9mWEK/7soxsR/6pfAb1npaaI1NO0=
甲方的本地密钥：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
乙方的本地密钥：
+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=
================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输=============
===========甲方向乙方发送加密数据==============
原文:密码交换算法
===========使用甲方本地密钥对进行数据加密==============
加密后的数据：1PUMKnkyfKauO6kTG5UDtA==
===========使用乙方本地密钥对数据进行解密==============
乙方解密后的数据：密码交换算法

===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============

原文:乙方向甲方发送数据DH
===========使用乙方本地密钥对进行数据加密==============
加密后的数据：VGLdXmtGyBaE87NiSoHX+yvwyUkAx/qYKYWv+jEwkBY=
=============乙方将数据传送给甲方======================
===========使用甲方本地密钥对数据进行解密==============
甲方解密后的数据：乙方向甲方发送数据DH

 

 

 

四、总结

1、非对称加密算法主要用来传递密钥的，而且性能较低。但是安全性超强。非对称加密算法能加密的数据长度也受限

2、用非对称加密算法算出甲乙双方本地的密钥后，可以选择DES/AES/DESede这些对称加密算法进行数据的传送了