对称加密

1.什么是对称加密?

采用单钥密码系统的加密方法,同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密,这种加密方法称为对称加密,也称为单密钥加密。
示例

  1. 我们现在有一个原文3要发送给B
  2. 设置密钥为108, 3 * 108 = 324, 将324作为密文发送给B
  3. B拿到密文324后, 使用324/108 = 3 得到原文

常见加密算法

  1. DES : Data Encryption Standard,即数据加密标准,是一种使用密钥加密的块算法,1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准(FIPS),并授权在非密级政府通信中使用,随后该算法在国际上广泛流传开来。
  2. AES : Advanced Encryption Standard, 高级加密标准 .在密码学中又称Rijndael加密法,是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES,已经被多方分析且广为全世界所使用。

特点

  1. 加密速度快, 可以加密大文件
  2. 密文可逆, 一旦密钥文件泄漏, 就会导致数据暴露
  3. 加密后编码表找不到对应字符, 出现乱码
  4. 一般结合Base64使用

 

1. DES加密

Cipher :文档 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/javax/crypto/Cipher.html#getInstance-java.lang.String-

列子:

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class DesAesDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "硅谷";
        // des加密必须是8位
        String key = "123456";
        // 算法
        String algorithm = "DES";

        String transformation = "DES";
        // Cipher:密码,获取加密对象
        // transformation:参数表示使用什么类型加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定秘钥规则
        // 第一个参数表示:密钥,key的字节数组
        // 第二个参数表示:算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // 对加密进行初始化
        // 第一个参数:表示模式,有加密模式和解密模式
        // 第二个参数:表示秘钥规则
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 进行加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        // 打印字节,因为ascii码有负数,解析不出来,所以乱码
//        for (byte b : bytes) {
//            System.out.println(b);
//        }
        // 打印密文
        System.out.println(new String(bytes));
    }
}

 

运行:

1586692990956

修改 密钥 key = “12345678” ,再次运行 ,出现乱码是因为对应的字节出现负数,但负数,没有出现在 ascii 码表里面,所以出现乱码,需要配合base64进行转码

1586693041366

   使用 base64 进行编码

   base64 导包的时候,需要注意 ,别导错了,需要导入 apache 包

1586693361035

运行程序

1584444037680


DES解密

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class DesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // DES加密算法,key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";

        String transformation = "DES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "DES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
        String s = decryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
      * @throws Exception
      */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE:加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

         return encode;
     }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String decryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密,上面使用的base64编码,下面直接用密文
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));
        //  因为是明文,所以直接返回
        return new String(bytes);
    }
}

 

Base64 算法简介

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的可读性编码算法之一
可读性编码算法不是为了保护数据的安全性,而是为了可读性
可读性编码不改变信息内容,只改变信息内容的表现形式
所谓Base64,即是说在编码过程中使用了64种字符:大写A到Z、小写a到z、数字0到9、“+”和“/”
Base58是Bitcoin(比特币)中使用的一种编码方式,主要用于产生Bitcoin的钱包地址
相比Base64,Base58不使用数字"0",字母大写"O",字母大写"I",和字母小写"i",以及"+"和"/"符号

Base64 算法原理

base64 是 3个字节为一组,一个字节 8位,一共 就是24位 ,然后,把3个字节转成4组,每组6位,

3 * 8 = 4 * 6 = 24 ,每组6位,缺少的2位,会在高位进行补0 ,这样做的好处在于 ,base取的是后面6位,去掉高2位 ,那么base64的取值就可以控制在0-63位了,所以就叫base64,111 111 = 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 =

base64 构成原则

① 小写 a - z = 26个字母

② 大写 A - Z = 26个字母

③ 数字 0 - 9 = 10 个数字

④ + / = 2个符号

大家可能发现一个问题,咱们的base64有个 = 号,但是在映射表里面没有发现 = 号 , 这个地方需要注意,等号非常特殊,因为base64是三个字节一组 ,如果当我们的位数不够的时候,会使用等号来补齐

1587542743985

base64补等号测试

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;


public class TestBase64 {
    public static void main(String[] args) {
        //  1:MQ== 表示一个字节,不够三个字节,所以需要后面通过 == 号补齐
        System.out.println(Base64.encode("1".getBytes()));
//        System.out.println(Base64.encode("12".getBytes()));
//        System.out.println(Base64.encode("123".getBytes()));
//        // 硅谷:中文占6个字节,6 * 8 = 48 ,刚刚好被整除,所以没有等号
//        System.out.println(Base64.encode("硅谷".getBytes()));
    }
}

 


AES加密解密

AES 加密解密和 DES 加密解密代码一样,只需要修改加密算法就行,拷贝 ESC 代码

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // AES加密算法,比较高级,所以key的大小必须是16个字节
        String key = "1234567812345678";

        String transformation = "AES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "AES";
        // 先测试加密,然后在测试解密
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
        String s = dncryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE:加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String dncryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));

        return new String(bytes);
    }
}

 

运行程序:AES 加密的密钥key , 需要传入16个字节

1586694362482

在运行程序

1586694422597


 

1.6.6 toString()与new String ()用法区别

举例子

import com.sun.org.apache.xerces.internal.impl.dv.util.Base64;

public class TestBase64 {
    public static void main(String[] args) {
        String str="TU0jV0xBTiNVYys5bEdiUjZlNU45aHJ0bTdDQStBPT0jNjQ2NDY1Njk4IzM5OTkwMDAwMzAwMA==";


        String rlt1=new String(Base64.decode(str));

        String rlt2=Base64.decode(str).toString();

        System.out.println(rlt1);

        System.out.println(rlt2);
    }
}

 

结果是:

MM#WLAN#Uc+9lGbR6e5N9hrtm7CA+A==#646465698#399900003000

[B@1540e19d

哪一个是正确的?为什么?

这里应该用new String()的方法,因为Base64加解密是一种转换编码格式的原理

toString()与new String ()用法区别

      str.toString是调用了这个object对象的类的toString方法。一般是返回这么一个String:[class name]@[hashCode]

     new String(str)是根据parameter是一个字节数组,使用java虚拟机默认的编码格式,将这个字节数组decode为对应的字符。若虚拟机默认的编码格式是ISO-8859-1,按照ascii编码表即可得到字节对应的字符。

什么时候用什么方法呢?   

      new String()一般使用字符转码的时候,byte[]数组的时候

      toString()对象打印的时候使用


 加密模式

加密模式:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/javax/crypto/Cipher.html

ECB

ECB : Electronic codebook, 电子密码本. 需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块,并对每个块进行独立加密

Logo

  • 优点 : 可以并行处理数据
  • 缺点 : 同样的原文生成同样的密文, 不能很好的保护数据
  • 同时加密,原文是一样的,加密出来的密文也是一样的

CBC

CBC : Cipher-block chaining, 密码块链接. 每个明文块先与前一个密文块进行异或后,再进行加密。在这种方法中,每个密文块都依赖于它前面的所有明文块

Logo

  • 优点 : 同样的原文生成的密文不一样
  • 缺点 : 串行处理数据.

1.8 填充模式

  • 当需要按块处理的数据, 数据长度不符合块处理需求时, 按照一定的方法填充满块长的规则

NoPadding

  • 不填充.
  • 在DES加密算法下, 要求原文长度必须是8byte的整数倍
  • 在AES加密算法下, 要求原文长度必须是16byte的整数倍

PKCS5Padding

数据块的大小为8位, 不够就补足

Tips

  • 默认情况下, 加密模式和填充模式为 : ECB/PKCS5Padding
  • 如果使用CBC模式, 在初始化Cipher对象时, 需要增加参数, 初始化向量IV : IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());

加密模式和填充模式

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)

加密模式和填充模式例子

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class DesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // DES加密算法,key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";
        // 指定获取Cipher的算法,如果没有指定加密模式和填充模式,ECB/PKCS5Padding就是默认值
        //     String transformation = "DES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        //String transformation = "DES/ECB/PKCS5Padding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // CBC模式,必须指定初始向量,初始向量中密钥的长度必须是8个字节
        //String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // NoPadding模式,原文的长度必须是8个字节的整倍数 ,所以必须把 硅谷改成硅谷12
        String transformation = "DES/CBC/NoPadding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "DES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
//        String s = dncryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
//        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE:加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
         // 初始向量,参数表示跟谁进行异或,初始向量的长度必须是8位
//        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
         // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String dncryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
//        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));

        return new String(bytes);
    }
}

修改成 CBC 加密 模式

 String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding";

运行 ,报错,需要添加一个参数

1586696261890

修改加密代码:

1586697052156

运行程序

1586697150370

修改填充模式

String transformation = "DES/CBC/NoPadding";

运行报错 NoPadding 这种填充模式 原文必须是8个字节的整倍数

1586697311084

修改运行

1586697609567

在测试 AES 的时候需要注意,key需要16个字节,加密向量也需要16个字节 ,其他方式跟 DES 一样


消息摘要

  • 消息摘要(Message Digest)又称为数字摘要(Digital Digest)
  • 它是一个唯一对应一个消息或文本的固定长度的值,它由一个单向Hash加密函数对消息进行作用而产生
  • 使用数字摘要生成的值是不可以篡改的,为了保证文件或者值的安全

常见算法 :

- MD5
- SHA1
- SHA256
- SHA512

 

在线获取消息摘要

百度搜索 tomcat ,进入官网下载 ,会经常发现有 sha1sha512 , 这些都是数字摘要

1584450769788

数字摘要

1584450878710

1.9.2 获取字符串消息摘要

import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "aa";
        // 算法
        String algorithm = "MD5";
        // 获取数字摘要对象
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 获取消息数字摘要的字节数组
        byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
        System.out.println(new String(digest));
    }
}

运行

1584451264866

   使用base64 编码

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;

import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "aa";
        // 算法
        String algorithm = "MD5";
        // 获取数字摘要对象
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 消息数字摘要
        byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
//        System.out.println(new String(digest));
        // base64编码
        System.out.println(Base64.encode(digest));
    }
}

 

运行

1584451372009

使用在线 md5 加密 ,发现我们生成的值和代码生成的值不一样,那是因为消息摘要不是使用base64进行编码的,所以我们需要把值转成16进制

1586700347623

数字摘要转换成 16 进制

// 4124bc0a9335c27f086f24ba207a4912     md5 在线校验
// QSS8CpM1wn8IbyS6IHpJEg==             消息摘要使用的是16进制

 

代码转成16进制

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;

import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.security.MessageDigest;

public class DigestDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 4124bc0a9335c27f086f24ba207a4912     md5 在线校验
        // QSS8CpM1wn8IbyS6IHpJEg==             消息摘要使用的是16进制
        // 原文
        String input = "aa";
        // 算法
        String algorithm = "MD5";
        // 获取数字摘要对象
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        // 消息数字摘要
        byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
//        System.out.println(new String(digest));
        // base64编码
//        System.out.println(Base64.encode(digest));
        // 创建对象用来拼接
        StringBuilder sb = new StringBuilder();

        for (byte b : digest) {
            // 转成 16进制
            String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
            //System.out.println(s);
            if (s.length() == 1){
                // 如果生成的字符只有一个,前面补0
                s = "0"+s;
            }
            sb.append(s);
        }
        System.out.println(sb.toString());
        
    }
}

 

运行

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posted @ 2021-02-02 22:45  IT路上的小白  阅读(968)  评论(0编辑  收藏  举报