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
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 }