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[Java教程]第十一章 非对称加密算法


注意:本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术(第2版)》第8章“高等加密算法--非对称加密算法”

11.1、非对称加密算法

特点:

  • 发送方和接收方均有一个密钥对(公钥+私钥),其中公钥传播,私钥自己保存,不需要传播
  • 私钥不需要传播的特性解决了对称加密算法中密钥传播的困难(这个困难一般通过线下传递可以解决)
  • 加密安全性极高,只用于一些电子商务网站,加解密速度远低于对称加密
  • 一般情况下,为了解决非对称加密算法加解密速度低的问题,采用非对称加密(使用公钥+私钥对对称加密的密钥进行加解密)+对称加密(加解密数据)相结合的方式。

常见算法:

  • DH(非对称加密的基石)
  • RSA(非对称加密的经典,除了可用于非对称加密,也可用于数字签名,RSA--155(512位密钥)已被破解)
  • ElGamal(常用的非对称加密算法)

11.2、DH(仅能用于密钥分配,不能加解密数据)

实现方式:

  • JDK(密钥长度:512~1024中的64的整数倍)

几个概念:

  • 密钥对:公钥+私钥
  • 本地密钥:对称加密的密钥

整个流程:

1)甲乙双方初始化各自的密钥对

甲方构建出密钥对keyPair1-->乙方使用甲方的密钥对中的公钥publicKey1构建出自己的密钥对keyPair2

2)甲乙双方构建各自的本地密钥

甲方使用自己的私钥privateKey1+乙方的公钥publicKey2构建出自己的本地密钥key1

乙方使用自己的私钥privateKey2+甲方的公钥publicKey1构建出自己的本地密钥key2

最后会发现key1==key2,这两个本地密钥将会是接下来对对称加密所使用的密钥

3)发送方(甲方或乙方均可)使用本地密钥+对称加密算法对待加密数据进行加密,传递给接收方

4)接收方使用本地密钥+对称加密算法对待解密数据进行解密

 1 package com.util.dh; 2  3 import java.io.UnsupportedEncodingException; 4 import java.security.InvalidAlgorithmParameterException; 5 import java.security.InvalidKeyException; 6 import java.security.Key; 7 import java.security.KeyFactory; 8 import java.security.KeyPair; 9 import java.security.KeyPairGenerator; 10 import java.security.NoSuchAlgorithmException; 11 import java.security.PrivateKey; 12 import java.security.PublicKey; 13 import java.security.spec.InvalidKeySpecException; 14 import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; 15 import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; 16  17 import javax.crypto.BadPaddingException; 18 import javax.crypto.Cipher; 19 import javax.crypto.IllegalBlockSizeException; 20 import javax.crypto.KeyAgreement; 21 import javax.crypto.NoSuchPaddingException; 22 import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey; 23 import javax.crypto.spec.DHParameterSpec; 24 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; 25  26 import org.apache.commons.codec.binary.Base64; 27  28 /** 29  * 基于JDK的DH算法,工作模式采用ECB 30 */ 31 public class DHJDK { 32   private static final String ENCODING = "UTF-8"; 33   private static final String FDC_KEY_ALGORITHM = "DH";//非对称加密密钥算法 34   private static final String DC_KEY_ALGORITHM = "AES";//产生本地密钥的算法(对称加密密钥算法) 35   private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";//加解密算法 格式:算法/工作模式/填充模式 注意:ECB不使用IV参数 36   private static final int FDC_KEY_SIZE = 512;//非对称密钥长度(512~1024之间的64的整数倍) 37    38   /** 39    * 生成甲方密钥对 40   */ 41   public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{ 42     KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器 43     keyPairGenerator.initialize(FDC_KEY_SIZE);//指定密钥长度 44     KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对 45     return keyPair; 46   } 47    48   /** 49    * 生成乙方密钥对 50    * @param key 甲方公钥 51   */ 52   public static KeyPair initKey(byte[] key) throws NoSuchAlgorithmException,  53                            InvalidKeySpecException,  54                            InvalidAlgorithmParameterException{ 55     KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂 56     PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(key));//还原甲方公钥 57     DHParameterSpec dHParameterSpec = ((DHPublicKey)publicKey).getParams(); 58      59     KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());//乙方密钥对生成器 60     keyPairGenerator.initialize(dHParameterSpec);//使用甲方公钥参数初始化乙方密钥对生成器 61     KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对 62     return keyPair; 63   } 64    65   /** 66    * DH加密 67    * @param data   带加密数据 68    * @param keyByte 本地密钥,由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生 69   */ 70   public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,  71                                    NoSuchPaddingException,  72                                    InvalidKeyException,  73                                    IllegalBlockSizeException,  74                                    BadPaddingException,  75                                    UnsupportedEncodingException { 76     Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥 77  78     Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); 79     cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//设置加密模式并且初始化key 80     return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING)); 81   } 82    83   /** 84    * DH解密 85    * @param data    待解密数据为字节数组 86    * @param keyByte  本地密钥,由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生 87   */ 88   public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,  89                                    NoSuchPaddingException,  90                                    InvalidKeyException,  91                                    IllegalBlockSizeException,  92                                    BadPaddingException { 93     Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥 94     Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); 95     cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); 96     return cipher.doFinal(data); 97   } 98    99   /**100    * 根据本方私钥与对方公钥构建本地密钥(即对称加密的密钥)101    * @param publicKey    对方公钥102    * @param privateKey  本方私钥103   */104   public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws NoSuchAlgorithmException, 105                                          InvalidKeySpecException, 106                                          InvalidKeyException{107     KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂108     PublicKey pubkey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKey));//还原公钥109     PrivateKey prikey = keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey));//还原私钥110     111     KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());112     keyAgreement.init(prikey);113     keyAgreement.doPhase(pubkey, true);114     return keyAgreement.generateSecret(DC_KEY_ALGORITHM).getEncoded();//生成本地密钥(对称加密的密钥)115   }116   117   /**118    * 获取公钥119   */120   public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){121     return keyPair.getPublic().getEncoded();122   }123   124   /**125    * 获取私钥126   */127   public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){128     return keyPair.getPrivate().getEncoded();129   }130   131   /**132    * 测试133   */134   public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, 135                          InvalidKeySpecException, 136                          InvalidAlgorithmParameterException, 137                          InvalidKeyException, 138                          NoSuchPaddingException, 139                          IllegalBlockSizeException, 140                          BadPaddingException, 141                          UnsupportedEncodingException {142     byte[] pubKey1;//甲方公钥143     byte[] priKey1;//甲方私钥144     byte[] key1;//甲方本地密钥145     byte[] pubKey2;//乙方公钥146     byte[] priKey2;//乙方私钥147     byte[] key2;//乙方本地密钥148     149     /*********************测试是否可以正确生成以上6个key,以及key1与key2是否相等*********************/150     KeyPair keyPair1 = DHJDK.initKey();//生成甲方密钥对151     pubKey1 = DHJDK.getPublicKey(keyPair1);152     priKey1 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair1);153     154     KeyPair keyPair2 = DHJDK.initKey(pubKey1);//根据甲方公钥生成乙方密钥对155     pubKey2 = DHJDK.getPublicKey(keyPair2);156     priKey2 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair2);157     158     key1 = DHJDK.getSecretKey(pubKey2, priKey1);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥159     key2 = DHJDK.getSecretKey(pubKey1, priKey2);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥160     161     System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);162     System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);163     System.out.println("乙方公钥pubKey2-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey2)+"@@pubKey2.length-->"+pubKey2.length);164     System.out.println("乙方私钥priKey2-->"+Base64.encodeBase64String(priKey2)+"@@priKey2.length-->"+priKey2.length);165     System.out.println("甲方密钥key1-->"+Base64.encodeBase64String(key1));166     System.out.println("乙方密钥key2-->"+Base64.encodeBase64String(key2));167     168     /*********************测试甲方使用本地密钥加密数据向乙方发送,乙方使用本地密钥解密数据*********************/169     System.out.println("甲方-->乙方");170     String data = "找一个好姑娘啊!";171     byte[] encodeStr = DHJDK.encrypt(data, key1);172     System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));173     byte[] decodeStr = DHJDK.decrypt(encodeStr, key2);174     System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));175     176     /*********************测试乙方使用本地密钥加密数据向甲方发送,甲方使用本地密钥解密数据*********************/177     System.out.println("乙方-->甲方");178     String data2 = "找一个好姑娘啊!";179     byte[] encodeStr2 = DHJDK.encrypt(data2, key2);180     System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));181     byte[] decodeStr2 = DHJDK.decrypt(encodeStr, key1);182     System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));183   }184 }

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注意点:

  • 之前说的byte[]数组的比较可以通过依次比较两个数组中的元素进行比较,当然也可以将两个数组进行Base64编码(CC)或十六进制转换(BC/CC)成字符串进行比较
  • 测试过程中,自己去测一下key1与key2是否相等,以及甲方发送加密数据,乙方接收数据并解密或者乙方发送加密数据,甲方接收数据并解密

疑问:在我配置非对称密钥为512的时候,测出来的公钥长度是228位,私钥长度是213位,与512差很远,那这里的512到底是怎么计算的?(希望知道的朋友给解释一下)