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分类: 网络与安全

2011-05-04 16:33:19

本文主要谈一下密码学中的加密和数字签名,以及其在java中如何进行使用。对密码学有兴趣的伙伴,推荐看Bruce Schneier的著作:Applied Crypotography。在jdk1.5的发行版本中安全性方面有了很大的改进,也提供了对RSA算法的直接支持,现在我们从实例入手解决问题(本文仅是作为简单介绍): 

  一、密码学上常用的概念 

  1)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,jdk1.5对上面都提供了支持,在java中进行消息摘要很简单, java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法:

/**
*MessageDigestExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import java.security.MessageDigest;
/**
*单一的消息摘要算法,不使用密码.可以用来对明文消息(如:密码)隐藏保存
*/
public class MessageDigestExample{
 public static void main(String[] args) throws Exception{
  if(args.length!=1){
   System.err.println("Usage:java MessageDigestExample text");
   System.exit(1);
  }

  byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

  //使用getInstance("算法")来获得消息摘要,这里使用SHA-1的160位算法
  MessageDigest messageDigest=MessageDigest.getInstance("SHA-1");

  System.out.println("\n"+messageDigest.getProvider().getInfo());
  //开始使用算法
  messageDigest.update(plainText);
  System.out.println("\nDigest:");
  //输出算法运算结果
  System.out.println(new String(messageDigest.digest(),"UTF8"));
 }
}

  还可以通过消息认证码来进行加密实现,javax.crypto.Mac提供了一个解决方案,有兴趣者可以参考相关API文档,本文只是简单介绍什么是摘要算法。

  2)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。

  这种最好理解,使用对称算法。比如:A用一个密钥对一个文件加密,而B读取这个文件的话,则需要和A一样的密钥,双方共享一个私钥(而在web环境下,私钥在传递时容易被侦听):

  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(支持三种密钥长度:128、192、256位),通常首先128位,其他的还有DESede等,jdk1.5种也提供了对对称算法的支持,以下例子使用AES算法来加密:

/**
*PrivateExmaple.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import java.security.Key;

/**
*私?加密,保证消息机密性
*/
public class PrivateExample{
 public static void main(String[] args) throws Exception{
  if(args.length!=1){
   System.err.println("Usage:java PrivateExample ");
   System.exit(1);
  }
  byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

  //通过KeyGenerator形成一个key
  System.out.println("\nStart generate AES key");
  KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("AES");
  keyGen.init(128);
  Key key=keyGen.generateKey();
  System.out.println("Finish generating DES key");

  //获得一个私?加密类Cipher,ECB是加密方式,PKCS5Padding是填充方法
  Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
  System.out.println("\n"+cipher.getProvider().getInfo());

  //使用私?加密
  System.out.println("\nStart encryption:");
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
  byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);
  System.out.println("Finish encryption:");
  System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

  System.out.println("\nStart decryption:");
  cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
  byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
  System.out.println("Finish decryption:");

  System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));

 }
}

  3)公钥加密:

  上面提到,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)。但是速度很慢(比私钥加密慢100到1000倍),公钥的主要算法有RSA,还包括Blowfish,Diffie-Helman等,jdk1.5种提供了对RSA的支持,是一个改进的地方: 

/**
*PublicExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyPair;
/**
*一个简单的公?加密例子,Cipher类使用KeyPairGenerator生成的公?和私?
*/
public class PublicExample{
 public static void main(String[] args) throws Exception{
  if(args.length!=1){
   System.err.println("Usage:java PublicExample ");
   System.exit(1);
  }

  byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");
  //构成一个RSA密钥
  System.out.println("\nStart generating RSA key");
  KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
  keyGen.initialize(1024);
  KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();
  System.out.println("Finish generating RSA key");

  //获得一个RSA的Cipher类,使用公?加密
  Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
  System.out.println("\n"+cipher.getProvider().getInfo());

  System.out.println("\nStart encryption");
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic());
  byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);
  System.out.println("Finish encryption:");
  System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

  //使用私?解密
  System.out.println("\nStart decryption");
  cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate());
  byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
  System.out.println("Finish decryption:");
  System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));
 }
}
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