Java使用Cipher类实现加密，包括DES，DES3，AES和RSA加密

一、先看一个简单加密，解密实现

1.1 加密

/**
 * content: 加密内容
 * slatKey: 加密的盐，16位字符串
 * vectorKey: 加密的向量，16位字符串
 */
public String encrypt(String content, String slatKey, String vectorKey) throws Exception {
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(vectorKey.getBytes());
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
    byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes());
    return Base64.encodeBase64String(encrypted);
}

1.2 解密

/**
 * content: 解密内容(base64编码格式)
 * slatKey: 加密时使用的盐，16位字符串
 * vectorKey: 加密时使用的向量，16位字符串
 */
public String decrypt(String base64Content, String slatKey, String vectorKey) throws Exception {
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(vectorKey.getBytes());
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv);
    byte[] content = Base64.decodeBase64(base64Content);
    byte[] encrypted = cipher.doFinal(content);
    return new String(encrypted);
}

1.3 代码解释

上面简单实现了AES("AES/CBC/PKCS5Padding")的加密和解密。可以看到代码中主要的是cipher对象，并有以下调用

（1）新建Cipher对象时需要传入一个参数"AES/CBC/PKCS5Padding"

（2）cipher对象使用之前还需要初始化，共三个参数("加密模式或者解密模式","密匙","向量")

（3）调用数据转换：cipher.doFinal(content)，其中content是一个byte数组

实际上Cipher类实现了多种加密算法，在创建Cipher对象时，传入不同的参数就可以进行不同的加密算法。而这些算法不同的地方只是创建密匙的方法不同而已。

如传入“AES/CBC/NoPadding”可进行AES加密，传入"DESede/CBC/NoPadding"可进行DES3加密。具体的后面会介绍到。

要参考Java自带的加密算法，可以参考JDK文档的附录：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html

二、Java的Cipher类

2.1 Cipher类提供了加密和解密的功能。

该项目使用Cipher类完成aes，des，des3和rsa加密.

获取Cipher类的对象：Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding"); 参数按"算法/模式/填充模式"，有以下的参数

* AES/CBC/NoPadding (128)
* AES/CBC/PKCS5Padding (128)
* AES/ECB/NoPadding (128)
* AES/ECB/PKCS5Padding (128)
* DES/CBC/NoPadding (56)
* DES/CBC/PKCS5Padding (56)
* DES/ECB/NoPadding (56)
* DES/ECB/PKCS5Padding (56)
* DESede/CBC/NoPadding (168)
* DESede/CBC/PKCS5Padding (168)
* DESede/ECB/NoPadding (168)
* DESede/ECB/PKCS5Padding (168)
* RSA/ECB/PKCS1Padding (1024, 2048)
* RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding (1024, 2048)
* RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding (1024, 2048)
(1)加密算法有：AES，DES，DESede(DES3)和RSA 四种
(2) 模式有CBC(有向量模式)和ECB(无向量模式)，向量模式可以简单理解为偏移量，使用CBC模式需要定义一个IvParameterSpec对象
(3) 填充模式:
* NoPadding: 加密内容不足8位用0补足8位, Cipher类不提供补位功能，需自己实现代码给加密内容添加0, 如{65,65,65,0,0,0,0,0}
* PKCS5Padding: 加密内容不足8位用余位数补足8位, 如{65,65,65,5,5,5,5,5}或{97,97,97,97,97,97,2,2}; 刚好8位补8位8

2.2 Cipher对象需要初始化

init(int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params)
(1)opmode ：Cipher.ENCRYPT_MODE(加密模式)和 Cipher.DECRYPT_MODE(解密模式)
(2)key ：密匙，使用传入的盐构造出一个密匙，可以使用SecretKeySpec、KeyGenerator和KeyPairGenerator创建密匙，其中
* SecretKeySpec和KeyGenerator支持AES，DES，DESede三种加密算法创建密匙
* KeyPairGenerator支持RSA加密算法创建密匙
(3)params ：使用CBC模式时必须传入该参数，该项目使用IvParameterSpec创建iv 对象

2.3 加密或解密

byte[] b = cipher.doFinal(content);
返回结果为byte数组，如果直接使用 new String(b) 封装成字符串，则会出现乱码

三、创建密匙

　　创建密匙主要使用SecretKeySpec、KeyGenerator和KeyPairGenerator三个类来创建密匙。

3.1 SecretKeySpec类

SecretKeySpec类支持创建密匙的加密算法(ASE,DES,DES3)

SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");

但需要主要的是不同的加密算法的byte数组的长度是不同的，创建密匙前最好先检测下byte数组的长度。各加密算法的密匙长度如下

加密算法	密匙长度	向量长度
AES	16	16
DES	8	8
DES3	24	8

3.2 KeyGenerator类

KeyGenerator类支持创建密匙的加密算法(ASE,DES,DES3)

   /**
     * 获取加密的密匙，传入的slatKey可以是任意长度的，作为SecureRandom的随机种子，
     * 而在KeyGenerator初始化时设置密匙的长度128bit(16位byte)
     */
    private static Key getSlatKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        kgen.init(128, random);
        Key key = kgen.generateKey();
        return key;
    }

KeyGenerator对象在初始化需要传入一个随机源。一般使用的都是SecureRandom类来创建随机源，此时传入的盐只作为SecureRandom类的随机种子，种子相同，产生的随机数也相同；
盐的长度不再受限制了，但KeyGenerator对象则必须指定长度。

3.3KeyPairGenerator类

RSA加密算法使用的密匙是包含公匙和私匙两种，一般情况下，有使用公匙加密，则用私匙解密；使用私匙加密，则使用公匙解密。可以使用KeyPairGenerator类来创建RSA加密算法的密匙

KeyPairGenerator类支持创建密匙的加密算法(RSA)

/**
     * 根据slatKey获取公匙，传入的slatKey作为SecureRandom的随机种子
     * 若使用new SecureRandom()创建公匙，则需要记录下私匙，解密时使用
     */
    private static byte[] getPublicKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator  = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, random);//or 2048
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        return keyPair.getPublic().getEncoded();
    }
    
    /**
     * 根据slatKey获取私匙，传入的slatKey作为SecureRandom的随机种子
     */
    private static byte[] getPrivateKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator  = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, random);// or 2048
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        return keyPair.getPrivate().getEncoded();
    }

同上，传入的盐只作为SecureRandom类的随机种子，盐相同，产生的keyPair的公匙和私匙也是同一对。
也可以不设置SecureRandom类的随机种子，直接使用new SecureRandom()创建一个新对象，此时就必须记录下公匙和私匙，在解密时使用。

四、对加密结果进行一层包装

4.1 针对1.3返回结果返回字符串乱码的问题，一般对byte数组进行处理

有两种处理方式：转换为base64的字符串或转换为16进制的字符串

4.2 转换为base64

使用apache下的Base64类进行封装即可，Base64.encodeBase64String(result); 结果形如 qPba5V+b0Ox3Um...
jar包下载：https://mvnrepository.com/artifact/commons-codec/commons-codec

4.3 转换为16进制

编码实现，即编码实现将2进制转换为16进制

/**
 * 16进制工具类
 */
public class HexUtil {
    private static final char[] HEX_CHARS = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };

    /**
     * 十六进制转化为二进制
     */
    public static byte[] hexStrToByteArray(String hexString) {
        if (hexString == null) {
            return null;
        }
        if (hexString.length() == 0) {
            return new byte[0];
        }
        byte[] byteArray = new byte[hexString.length() / 2];
        for (int i = 0; i < byteArray.length; i++) {
            String subStr = hexString.substring(2 * i, 2 * i + 2);
            byteArray[i] = ((byte) Integer.parseInt(subStr, 16));
        }
        return byteArray;
    }

    /**
     * 二进制转化为十六进制
     */
    public static String byteArrayToHexStr(byte[] byteArray) {
        if (byteArray == null) {
            return null;
        }
        char[] hexChars = new char[byteArray.length * 2];
        for (int j = 0; j < byteArray.length; j++) {
            int v = byteArray[j] & 0xFF;
            hexChars[j * 2] = HEX_CHARS[v >>> 4];
            hexChars[j * 2 + 1] = HEX_CHARS[v & 0x0F];
        }
        return new String(hexChars);
    }
}

结果形如 04A2784A45234B.....

五、Java加密的代码

代码我上传到github上了，欢迎下载~~

https://github.com/caizhaokai/Java_Cipher_Encrypt

posted @ 2019-05-29 16:37 蔡昭凯阅读(80729) 评论(4) 编辑收藏举报

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蔡昭凯