Java加密和数字签名

Java加密和数字签名

消息摘要
这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法，
可用于检验消息的完整性，和通过散列密码直接以文本形式保存等，目前广泛使用的算法
有MD4、MD5、SHA-1， java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法

私钥加密
消息摘要只能检查消息的完整性，但是单向的，对明文消息并不能加密，要加密明文的消息的话，
就要使用其他的算法，要确保机密性，我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。
使用私钥加密的话，首先需要一个密钥，可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥（java.security.Key），
然后传递给一个加密工具（javax.crypto.Cipher），该工具再使用相应的算法来进行加密，
主要对称算法有：DES（实际密钥只用到56位），AES

publicclass PrivateKeyExample { 
   publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { 
      String source = "abcdefghijk"; 
      byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); 
  
      // 通过KeyGenerator形成一个key 
      KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES"); 
      keyGen.init(128); 
      Key key = keyGen.generateKey(); 
      printKey(key); 
  
      byte[] result = encryption(plainText, key); 
      System.out.println("加密后数组大小：" + result.length); 
      System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result)); 
      byte[] newText = decryption(result, key); 
      System.out.println("解密后字符串：" + new String(newText, "UTF-8")); 
   } 
  
   publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, Key key) throws Exception { 
      // 获得一个私鈅加密类Cipher，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
      // 使用私鈅加密 
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); 
      byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); 
      return cipherText; 
   } 
  
   publicstaticbyte[] decryption(byte[] source, Key key) throws Exception { 
      // 获得一个私鈅加密类Cipher，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
      // 使用私鈅加密 
      cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); 
      byte[] result = cipher.doFinal(source); 
      return result; 
   } 
  
   privatestaticvoid printKey(Key key) throws UnsupportedEncodingException { 
      System.out.println("Algorithm:" + key.getAlgorithm()); 
      byte[] bytes = key.getEncoded(); 
      System.out.println("Encoded:" + Base64.encodeBytes(bytes)); 
   } 
}

公钥加密
私钥加密需要一个共享的密钥，那么如何传递密钥呢？web环境下，
直接传递的话很容易被侦听到，幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对称加密，
不对称算法使用一对密钥对，一个公钥，一个私钥，使用公钥加密的数据，
只有私钥能解开（可用于加密）；同时，使用私钥加密的数据，只有公钥能解开（签名）。
公钥的主要算法有RSA

publicclass PublicKeyExample { 
  
   publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { 
      String source = "abcdefghijk"; 
      byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); 
      // 生成密钥对 
      KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); 
      keyGen.initialize(1024); 
      KeyPair key = keyGen.generateKeyPair(); 
  
      byte[] result = encryption(plainText, key); 
      System.out.println("加密后数组大小：" + result.length); 
      System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result)); 
      byte[] newText = decryption(result, key); 
      System.out.println("解密后字符串：" + new String(newText, "UTF-8")); 
   } 
  
   publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, KeyPair keyPair) 
         throws Exception { 
      // 获得一个RSA的Cipher类，使用公鈅加密 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); 
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic()); 
      byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); 
      return cipherText; 
   } 
  
   publicstaticbyte[] decryption(byte[] cipherText, KeyPair keyPair) 
         throws Exception { 
      // 获得一个RSA的Cipher类，使用私钥解密 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); 
      cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.getPrivate()); 
      byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText); 
      return newPlainText; 
   } 
}

数字签名
数字签名，它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。
上面A通过使用公钥加密数据后发给B，B利用私钥解密就得到了需要的数据，
问题来了，由于都是使用公钥加密，那么如何检验是A发过来的消息呢？
上面也提到了一点，私钥是唯一的，那么A就可以利用A自己的私钥进行加密，
然后B再利用A的公钥来解密，就可以了；数字签名的原理就基于此，
而通常为了证明发送数据的真实性，通过利用消息摘要获得简短的消息内容，
然后再利用私钥进行加密，散列数据和消息一起发送。
大致流程如下：
1.甲方构建密钥对，将公钥公布给乙方，保留私钥。
2.甲方使用私钥加密数据，然后用私钥对加密后的数据签名，发送给乙方签名以及加密后的数据。
3.乙方使用公钥、签名来验证待解密数据是否有效，如果有效使用公钥对数据解密。
4.乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据。
5.甲方获得加密数据，通过私钥解密。

public class DigitalSignatureExample { 
  
   publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { 
      String source = "abcdefghijk"; 
      byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); 
      System.out.println("原始字符串：" + source); 
      System.out.println("原始数据数组长度：" + plainText.length); 
      // 形成RSA公钥对 
      KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); 
      keyGen.initialize(1024); 
      KeyPair key = keyGen.generateKeyPair(); 
  
      /* 使用私钥加密 */ 
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); 
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key.getPrivate()); 
      byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); 
  
      // 使用私鈅签名 
      Signature sig = Signature.getInstance("SHA1WithRSA"); 
      sig.initSign(key.getPrivate()); 
      sig.update(cipherText); 
      byte[] signature = sig.sign(); 
      System.out.println("签名数组长度：" + signature.length); 
  
      // 使用公钥进行验证 
      sig.initVerify(key.getPublic()); 
      sig.update(cipherText); 
      try { 
         if (sig.verify(signature)) { 
            System.out.println("数字签名验证通过"); 
            /* 使用公钥解密 */ 
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key.getPublic()); 
            byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText); 
            System.out.println("解密后的字符串：" 
                   + new String(newPlainText, "UTF-8")); 
         } else 
            System.out.println("数字签名验证失败"); 
      } catch (SignatureException e) { 
         System.out.println("捕捉到异常，数字签名验证失败"); 
      } 
   }   
}