漫谈Java加密技术系列文章 一至五

加密解密，曾经是我一个毕业设计的重要组件。在工作了多年以后回想当时那个加密、解密算法，实在是太单纯了。
（一）
言归正传，这里我们主要描述Java已经实现的一些加密解密算法，最后介绍数字证书。

如基本的单向加密算法：

● BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法
● MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
● SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
● HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)

复杂的对称加密（DES、PBE）、非对称加密算法：

● DES(Data Encryption Standard，数据加密算法)
● PBE(Password-based encryption，基于密码验证)
● RSA(算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)
● DH(Diffie-Hellman算法，密钥一致协议)
● DSA(Digital Signature Algorithm，数字签名)
● ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)

本篇内容简要介绍BASE64、MD5、SHA、HMAC几种方法。

MD5、SHA、HMAC这三种加密算法，可谓是非可逆加密，就是不可解密的加密方法。我们通常只把他们作为加密的基础。单纯的以上三种的加密并不可靠。

BASE64

按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）

常见于邮件、http加密，截取http信息，你就会发现登录操作的用户名、密码字段通过BASE64加密的。

通过java代码实现如下：

/** *//**
* BASE64解密 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
*
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
}

/** *//**
* BASE64加密
*
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
}


主要就是BASE64Encoder、BASE64Decoder两个类，我们只需要知道使用对应的方法即可。另，BASE加密后产生的字节位数是8的倍数，如果不够位数以=符号填充。

MD5

MD5 —— message-digest algorithm 5 （信息-摘要算法）缩写，广泛用于加密和解密技术，常用于文件校验。校验？不管文件多大，经过MD5后都能生成唯一的MD5值。好比现在的ISO校验，都是MD5校验。怎么用？当然是把ISO经过MD5后产生MD5的值。一般下载linux-ISO的朋友都见过下载链接旁边放着MD5的串。就是用来验证文件是否一致的。

通过java代码实现如下：

/** *//**
* MD5加密 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
*
* @param data
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
md5.update(data);

return md5.digest();

}


通常我们不直接使用上述MD5加密。通常将MD5产生的字节数组交给BASE64再加密一把，得到相应的字符串。

SHA

SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法），数字签名等密码学应用中重要的工具，被广泛地应用于电子商务等信息安全领域。虽然，SHA与MD5通过碰撞法都被破解了， 但是SHA仍然是公认的安全加密算法，较之MD5更为安全。

通过java代码实现如下：

/** *//**
* SHA加密 http://www.5a520.cn http://www.bt285.cn
*
* @param data
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
sha.update(data);

return sha.digest();

}
}



[
HMAC

HMAC（Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码，基于密钥的Hash算法的认证协议。消息鉴别码实现鉴别的原理是，用公开函数和密钥产生一个固定长度的值作为认证标识，用这个标识鉴别消息的完整性。使用一个密钥生成一个固定大小的小数据块，即MAC，并将其加入到消息中，然后传输。接收方利用与发送方共享的密钥进行鉴别认证等。

通过java代码实现如下：

/** *//**
* 初始化HMAC密钥 http://www.guihua.org http://www.feng123.com
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static String initMacKey() throws Exception {
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
}

/** *//**
* HMAC加密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
mac.init(secretKey);

return mac.doFinal(data);

}


给出一个完整类，如下：

import java.security.MessageDigest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

/** *//**
* 基础加密组件 http://www.bt285.cn http://www.feng123.com
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class Coder {
public static final String KEY_SHA = "SHA";
public static final String KEY_MD5 = "MD5";

/** *//**
* MAC算法可选以下多种算法
*
*
* HmacMD5
* HmacSHA1
* HmacSHA256
* HmacSHA384
* HmacSHA512
*
*/
public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";

/** *//**
* BASE64解密
*
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
}

/** *//**
* BASE64加密
*
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
}

/** *//**
* MD5加密
*
* @param data
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
md5.update(data);

return md5.digest();

}

/** *//**
* SHA加密
*
* @param data
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
sha.update(data);

return sha.digest();

}

/** *//**
* 初始化HMAC密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static String initMacKey() throws Exception {
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
}

/** *//**
* HMAC加密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
mac.init(secretKey);

return mac.doFinal(data);

}
}


再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/**
*
* @author 梁栋 http://www.feng123.com
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class CoderTest {

@Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "简单加密";
System.err.println("原文:\n" + inputStr);

byte[] inputData = inputStr.getBytes();
String code = Coder.encryptBASE64(inputData);

System.err.println("BASE64加密后:\n" + code);

byte[] output = Coder.decryptBASE64(code);

String outputStr = new String(output);

System.err.println("BASE64解密后:\n" + outputStr);

// 验证BASE64加密解密一致性
assertEquals(inputStr, outputStr);

// 验证MD5对于同一内容加密是否一致
assertArrayEquals(Coder.encryptMD5(inputData), Coder
.encryptMD5(inputData));

// 验证SHA对于同一内容加密是否一致
assertArrayEquals(Coder.encryptSHA(inputData), Coder
.encryptSHA(inputData));

String key = Coder.initMacKey();
System.err.println("Mac密钥:\n" + key);

// 验证HMAC对于同一内容，同一密钥加密是否一致
assertArrayEquals(Coder.encryptHMAC(inputData, key), Coder.encryptHMAC(
inputData, key));

BigInteger md5 = new BigInteger(Coder.encryptMD5(inputData));
System.err.println("MD5:\n" + md5.toString(16));

BigInteger sha = new BigInteger(Coder.encryptSHA(inputData));
System.err.println("SHA:\n" + sha.toString(32));

BigInteger mac = new BigInteger(Coder.encryptHMAC(inputData, inputStr));
System.err.println("HMAC:\n" + mac.toString(16));
}


（二）
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

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 author by http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
*
*
* 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
*
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class DESCoder extends Coder {
/** *//**
* ALGORITHM 算法
* 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。
*
*
* 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
*
*
* 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代码
* SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM); 替换
*
* DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
* SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
* SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
*
*/
public static final String ALGORITHM = "DES";

/** *//**
* 转换密钥
*
* @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：

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/** *//**
*
* @author by http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
* @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：

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。

/**

* 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
**/

（三）
除了DES，我们还知道有DESede（TripleDES，就是3DES）、AES、Blowfish、RC2、RC4（ARCFOUR）等多种对称加密方式，其实现方式大同小异，这里介绍对称加密的另一个算法——PBE

PBE

PBE——Password-based encryption（基于密码加密）。其特点在于口令由用户自己掌管，不借助任何物理媒体；采用随机数（这里我们叫做盐）杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。是一种简便的加密方式。

通过java代码实现如下：

import java.security.Key;
import java.util.Random;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;

/** *//**
* PBE安全编码组件 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class PBECoder extends Coder {
/** *//**
* 支持以下任意一种算法
*
*
* PBEWithMD5AndDES
* PBEWithMD5AndTripleDES
* PBEWithSHA1AndDESede
* PBEWithSHA1AndRC2_40
*
*/
public static final String ALGORITHM = "PBEWITHMD5andDES";

/** *//**
* 盐初始化
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] initSalt() throws Exception {
byte[] salt = new byte[8];
Random random = new Random();
random.nextBytes(salt);
return salt;
}

/** *//**
* 转换密钥
*
* @param password
* @return
* @throws Exception
*/
private static Key toKey(String password) throws Exception {
PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);

return secretKey;
}

/** *//**
* 加密
*
* @param data
* 数据
* @param password
* 密码
* @param salt
* 盐
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, String password, byte[] salt)
throws Exception {

Key key = toKey(password);

PBEParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt, 100);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec);

return cipher.doFinal(data);

}

/** *//**
* 解密
*
* @param data
* 数据
* @param password
* 密码
* @param salt
* 盐
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, String password, byte[] salt)
throws Exception {

Key key = toKey(password);

PBEParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt, 100);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, paramSpec);

return cipher.doFinal(data);

}
}


再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Test;

/** *//**
*
* @author 梁栋 http://www.5a520.cn http://www.feng123.com
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class PBECoderTest {

@Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "abc";
System.err.println("原文: " + inputStr);
byte[] input = inputStr.getBytes();

String pwd = "efg";
System.err.println("密码: " + pwd);

byte[] salt = PBECoder.initSalt();

byte[] data = PBECoder.encrypt(input, pwd, salt);

System.err.println("加密后: " + PBECoder.encryptBASE64(data));

byte[] output = PBECoder.decrypt(data, pwd, salt);
String outputStr = new String(output);

System.err.println("解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);
}

}


控制台输出：

原文： abc

密码： efg

加密后： iCZ0uRtaAhE=

解密后： abc
（四）
RSA

这种算法1978年就出现了，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也很流行。算法的名字以发明者的名字命名：Ron Rivest， AdiShamir 和Leonard Adleman.这种加密算法的特点主要是密钥的变化，上文我们看到DES只有一个密钥。相当于只有一把钥匙，如果这把钥匙丢了，数据也就不安全了。RSA同时有两把钥匙，公钥与私钥。同时支持数字签名。数字签名的意义在于，对传输过来的数据进行校验。确保数据在传输工程中不被修改。

流程分析：

1、甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留。

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；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。

3、乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据；甲方获得加密数据，通过私钥解密。

通过java代码实现如下：

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.Signature;
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;

/** *//**
* RSA安全编码组件
*
* @author 梁栋 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class RSACoder extends Coder {
public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
public static final String SIGNATURE_ALGORITHM = "MD5withRSA";

private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";

/** *//**
* 用私钥对信息生成数字签名
*
* @param data
* 加密数据
* @param privateKey
* 私钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static String sign(byte[] data, String privateKey) throws Exception {
// 解密由base64编码的私钥
byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);

// 构造PKCS8EncodedKeySpec对象
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);

// KEY_ALGORITHM 指定的加密算法
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);

// 取私钥匙对象
PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

// 用私钥对信息生成数字签名
Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initSign(priKey);
signature.update(data);

return encryptBASE64(signature.sign());
}

/** *//**
* 校验数字签名
*
* @param data
* 加密数据
* @param publicKey
* 公钥
* @param sign
* 数字签名
*
* @return 校验成功返回true 失败返回false
* @throws Exception
*
*/
public static boolean verify(byte[] data, String publicKey, String sign)
throws Exception {

// 解密由base64编码的公钥
byte[] keyBytes = decryptBASE64(publicKey);

// 构造X509EncodedKeySpec对象
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

// KEY_ALGORITHM 指定的加密算法
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);

// 取公钥匙对象
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);

Signature signature = Signature.getInstance(SIGNATURE_ALGORITHM);
signature.initVerify(pubKey);
signature.update(data);

// 验证签名是否正常
return signature.verify(decryptBASE64(sign));
}

/** *//**
* 解密
* 用私钥解密 http://www.5a520.cn http://www.feng123.com
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, String key)
throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

// 取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

// 对数据解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);

return cipher.doFinal(data);
}

/** *//**
* 解密
* 用私钥解密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, String key)
throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

// 取得公钥
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

// 对数据解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);

return cipher.doFinal(data);
}

/** *//**
* 加密
* 用公钥加密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key)
throws Exception {
// 对公钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

// 取得公钥
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

// 对数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);

return cipher.doFinal(data);
}

/** *//**
* 加密
* 用私钥加密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, String key)
throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);

// 取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
Key privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

// 对数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);

return cipher.doFinal(data);
}

/** *//**
* 取得私钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);

return encryptBASE64(key.getEncoded());
}

/** *//**
* 取得公钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);

return encryptBASE64(key.getEncoded());
}

/** *//**
* 初始化密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map initKey() throws Exception {
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator
.getInstance(KEY_ALGORITHM);
keyPairGen.initialize(1024);

KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();

// 公钥
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();

// 私钥
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

Map keyMap = new HashMap(2);

keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
}

再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;

import org.junit.Before;
import org.junit.Test;

import java.util.Map;

/** *//**
*
* @author 梁栋 http://www.bt285.cn http://www.guihua.org
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class RSACoderTest {
private String publicKey;
private String privateKey;

@Before
public void setUp() throws Exception {
Map keyMap = RSACoder.initKey();

publicKey = RSACoder.getPublicKey(keyMap);
privateKey = RSACoder.getPrivateKey(keyMap);
System.err.println("公钥: \n\r" + publicKey);
System.err.println("私钥： \n\r" + privateKey);
}

@Test
public void test() throws Exception {
System.err.println("公钥加密——私钥解密");
String inputStr = "abc";
byte[] data = inputStr.getBytes();

byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPublicKey(data, publicKey);

byte[] decodedData = RSACoder.decryptByPrivateKey(encodedData,
privateKey);

String outputStr = new String(decodedData);
System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);

}

@Test
public void testSign() throws Exception {
System.err.println("私钥加密——公钥解密");
String inputStr = "sign";
byte[] data = inputStr.getBytes();

byte[] encodedData = RSACoder.encryptByPrivateKey(data, privateKey);

byte[] decodedData = RSACoder
.decryptByPublicKey(encodedData, publicKey);

String outputStr = new String(decodedData);
System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);

System.err.println("私钥签名——公钥验证签名");
// 产生签名
String sign = RSACoder.sign(encodedData, privateKey);
System.err.println("签名:\r" + sign);

// 验证签名
boolean status = RSACoder.verify(encodedData, publicKey, sign);
System.err.println("状态:\r" + status);
assertTrue(status);

}

}


Console代码：

公钥:

MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQCYU/+I0+z1aBl5X6DUUOHQ7FZpmBSDbKTtx89J
EcB64jFCkunELT8qiKly7fzEqD03g8ALlu5XvX+bBqHFy7YPJJP0ekE2X3wjUnh2NxlqpH3/B/xm
1ZdSlCwDIkbijhBVDjA/bu5BObhZqQmDwIxlQInL9oVz+o6FbAZCyHBd7wIDAQAB

私钥：
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公钥加密——私钥解密
加密前: abc

解密后: abc
公钥:

MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDdOj40yEB48XqWxmPILmJAc7UecIN7F32etSHF
9rwbuEh3+iTPOGSxhoSQpOED0vOb0ZIMkBXZSgsxLaBSin2RZ09YKWRjtpCA0kDkiD11gj4tzTiM
l9qq1kwSK7ZkGAgodEn3yIILVmQDuEImHOXFtulvJ71ka07u3LuwUNdB/wIDAQAB

私钥：
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私钥加密——公钥解密
加密前: sign

解密后: sign
私钥签名——公钥验证签名
签名:
ud1RsIwmSC1pN22I4IXteg1VD2FbiehKUfNxgVSHzvQNIK+d20FCkHCqh9djP3h94iWnIUY0ifU+
mbJkhAl/i5krExOE0hknOnPMcEP+lZV1RbJI2zG2YooSp2XDleqrQk5e/QF2Mx0Zxt8Xsg7ucVpn
i3wwbYWs9wSzIf0UjlM=

状态:
true



简要总结一下，使用公钥加密、私钥解密，完成了乙方到甲方的一次数据传递，通过私钥加密、公钥解密，同时通过私钥签名、公钥验证签名，完成了一次甲方到乙方的数据传递与验证，两次数据传递完成一整套的数据交互！

类似数字签名，数字信封是这样描述的：

数字信封

数字信封用加密技术来保证只有特定的收信人才能阅读信的内容。

流程：

信息发送方采用对称密钥来加密信息，然后再用接收方的公钥来加密此对称密钥（这部分称为数字信封），再将它和信息一起发送给接收方；接收方先用相应的私钥打开数字信封，得到对称密钥，然后使用对称密钥再解开信息。

（五）
接下来我们分析DH加密算法，一种适基于密钥一致协议的加密算法。

DH

Diffie-Hellman算法（D-H算法），密钥一致协议。是由公开密钥密码体制的奠基人Diffie和Hellman所提出的一种思想。简单的说就是允许两名用户在公开媒体上交换信息以生成"一致"的、可以共享的密钥。换句话说，就是由甲方产出一对密钥（公钥、私钥），乙方依照甲方公钥产生乙方密钥对（公钥、私钥）。以此为基线，作为数据传输保密基础，同时双方使用同一种对称加密算法构建本地密钥（SecretKey）对数据加密。这样，在互通了本地密钥（SecretKey）算法后，甲乙双方公开自己的公钥，使用对方的公钥和刚才产生的私钥加密数据，同时可以使用对方的公钥和自己的私钥对数据解密。不单单是甲乙双方两方，可以扩展为多方共享数据通讯，这样就完成了网络交互数据的安全通讯！该算法源于中国的同余定理——中国馀数定理。

流程分析：

1.甲方构建密钥对儿，将公钥公布给乙方，将私钥保留；双方约定数据加密算法；乙方通过甲方公钥构建密钥对儿，将公钥公布给甲方，将私钥保留。

2.甲方使用私钥、乙方公钥、约定数据加密算法构建本地密钥，然后通过本地密钥加密数据，发送给乙方加密后的数据；乙方使用私钥、甲方公钥、约定数据加密算法构建本地密钥，然后通过本地密钥对数据解密。

3.乙方使用私钥、甲方公钥、约定数据加密算法构建本地密钥，然后通过本地密钥加密数据，发送给甲方加密后的数据；甲方使用私钥、乙方公钥、约定数据加密算法构建本地密钥，然后通过本地密钥对数据解密。

通过java代码实现如下：

import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
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;

/** *//**
* DH安全编码组件
*
* @author 梁栋 http://www.bt285.cn http://www.5a520.cn
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class DHCoder extends Coder {
public static final String ALGORITHM = "DH";

/** *//**
* 默认密钥字节数
*
*
* DH
* Default Keysize 1024
* Keysize must be a multiple of 64, ranging from 512 to 1024 (inclusive).
*
*/
private static final int KEY_SIZE = 1024;

/** *//**
* DH加密下需要一种对称加密算法对数据加密，这里我们使用DES，也可以使用其他对称加密算法。
*/
public static final String SECRET_ALGORITHM = "DES";
private static final String PUBLIC_KEY = "DHPublicKey";
private static final String PRIVATE_KEY = "DHPrivateKey";

/** *//**
* 初始化甲方密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map initKey() throws Exception {
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator
.getInstance(ALGORITHM);
keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);

KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

// 甲方公钥
DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();

// 甲方私钥
DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();

Map keyMap = new HashMap(2);

keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}

/** *//**
* 初始化乙方密钥
*
* @param key
* 甲方公钥
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map initKey(String key) throws Exception {
// 解析甲方公钥
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

// 由甲方公钥构建乙方密钥
DHParameterSpec dhParamSpec = ((DHPublicKey) pubKey).getParams();

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator
.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);

KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

// 乙方公钥
DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();

// 乙方私钥
DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();

Map keyMap = new HashMap(2);

keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);

return keyMap;
}

/** *//**
* 加密
*
* @param data
* 待加密数据
* @param publicKey
* 甲方公钥
* @param privateKey
* 乙方私钥
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, String publicKey,
String privateKey) throws Exception {

// 生成本地密钥
SecretKey secretKey = getSecretKey(publicKey, privateKey);

// 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 publicKey
* 乙方公钥
* @param privateKey
* 乙方私钥
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, String publicKey,
String privateKey) throws Exception {

// 生成本地密钥
SecretKey secretKey = getSecretKey(publicKey, privateKey);
// 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
* @throws Exception
*/
private static SecretKey getSecretKey(String publicKey, String privateKey)
throws Exception {
// 初始化公钥
byte[] pubKeyBytes = decryptBASE64(publicKey);

KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(pubKeyBytes);
PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

// 初始化私钥
byte[] priKeyBytes = decryptBASE64(privateKey);

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(priKeyBytes);
Key priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

KeyAgreement keyAgree = KeyAgreement.getInstance(keyFactory
.getAlgorithm());
keyAgree.init(priKey);
keyAgree.doPhase(pubKey, true);

// 生成本地密钥
SecretKey secretKey = keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM);

return secretKey;
}

/** *//**
* 取得私钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);

return encryptBASE64(key.getEncoded());
}

/** *//**
* 取得公钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);

return encryptBASE64(key.getEncoded());
}
}

再给出一个测试类：

import static org.junit.Assert.*;

import java.util.Map;

import org.junit.Test;

/** *//**
*
* @author 梁栋 http://www.bt285.cn http://www.feng123.com
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class DHCoderTest {

@Test
public void test() throws Exception {
// 生成甲方密钥对儿
Map aKeyMap = DHCoder.initKey();
String aPublicKey = DHCoder.getPublicKey(aKeyMap);
String aPrivateKey = DHCoder.getPrivateKey(aKeyMap);

System.err.println("甲方公钥:\r" + aPublicKey);
System.err.println("甲方私钥:\r" + aPrivateKey);

// 由甲方公钥产生本地密钥对儿
Map bKeyMap = DHCoder.initKey(aPublicKey);
String bPublicKey = DHCoder.getPublicKey(bKeyMap);
String bPrivateKey = DHCoder.getPrivateKey(bKeyMap);

System.err.println("乙方公钥:\r" + bPublicKey);
System.err.println("乙方私钥:\r" + bPrivateKey);

String aInput = "abc ";
System.err.println("原文: " + aInput);

// 由甲方公钥，乙方私钥构建密文
byte[] aCode = DHCoder.encrypt(aInput.getBytes(), aPublicKey,
bPrivateKey);

// 由乙方公钥，甲方私钥解密
byte[] aDecode = DHCoder.decrypt(aCode, bPublicKey, aPrivateKey);
String aOutput = (new String(aDecode));

System.err.println("解密: " + aOutput);

assertEquals(aInput, aOutput);

System.err.println(" ===============反过来加密解密================== ");
String bInput = "def ";
System.err.println("原文: " + bInput);

// 由乙方公钥，甲方私钥构建密文
byte[] bCode = DHCoder.encrypt(bInput.getBytes(), bPublicKey,
aPrivateKey);

// 由甲方公钥，乙方私钥解密
byte[] bDecode = DHCoder.decrypt(bCode, aPublicKey, bPrivateKey);
String bOutput = (new String(bDecode));

System.err.println("解密: " + bOutput);

assertEquals(bInput, bOutput);
}

}


控制台输出：

甲方公钥:
MIHfMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANDAAJAdAWBVmIzqcko
Ej6qFjLDL2+Y3FPq1iRbnOyOpDj71yKaK1K+FhTv04B0zy4DKcvAASV7/Gv0W+bgqdmffRkqrQ==

甲方私钥:
MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjACJRfy1LyR
eHyD+4Hfb+xR0uoIGR1oL9i9Nk6g2AAuaDPgEVWHn+QXID13yL/uDos=

乙方公钥:
MIHfMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz
W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG
kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANDAAJAVEYSfBA+I9nr
dWw3OBv475C+eBrWBBYqt0m6/eu4ptuDQHwV4MmUtKAC2wc2nNrdb1wmBhY1X8RnWkJ1XmdDbQ==

乙方私钥:
MIHSAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX
rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD
TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQzAjEAqaZiCdXp
2iNpdBlHRaO9ir70wo2n32xNlIzIX19VLSPCDdeUWkgRv4CEj/8k+/yd

原文: abc
解密: abc
===============反过来加密解密==================
原文: def
解密: def