java中的数据加密

2022-12-19 18:06:07

记录

一、java中的数据加密

Java提供的安全模型和API
加密基础知识
使用JAVA实现加密

二、Java提供的安全模型和API

2.1、Java语言本身的安全性

自动内存管理：对于生成的对象在生命周期结束后会自动销毁
自动数组溢出检查等：如数组下标越界
字节代码的验证机制：转化为class字节码文件运行
独特的安全类加载：编译成class类后，加class类进行加载

2.2、Java加密体系

JCA和JCE两个重要框架

JCA:-JCA-java Cryptography Architecture

数字签名
信息摘要

JCE：JCE-Java Cryptography Extension

MD5(消息摘要算法)
SHA（安全散列算法）
DES（数据加密算法）

JCA与JCE都实现算法和实现的独立性，在JDK1.4以后已经捆绑发行，它们都通过provide框架提供加密服务，在使用时，不需要关心相映的算法只需要调用相应的类就行了

其它的一些如图：

2.3、Java的认证和授权

基于配置文件的认证和授权：

只需要配置配置文件，方便修改

应用场合，一般适用于B/S开发

安全控制粒度：一般只能到某个页面

基于源码的认证和授权：

安全控件粒度：可以控制到某个类甚至方法

应用场合：C/S或者B/S开发均可

JAAS-Java Authentication and Authorization Service

2.4、安全通信

SSL-Secure Socket Layer(安全套接层协议)
TLS-Transport Layer Security(安全传输协议)
Kerberos(一种网络认证协议)

但一些网站仍然没有使用安全协议，是因为这些安全带来的代价就是造成性能的损耗

2.5、PKI体系

PKI-Public Key Infrastructure

Java的PKI规范提供了管理key和证书的API

实现协议：

x.509（最常用）
CRL（证书撤销列表）
PKCS等

PKI的核心是数字证书

提供Certifficate数字证书对象等

管理证书的工具:

keytool:用来生成证书
jarSigner：可用对当前的jar进行签名保证给指定的人来使用

三、加密基础知识

3.1、对称加密（私钥体系）

缺点：对称加密是可逆的

3.2、非对称加密（公钥体系）

特点:

加密用公钥，解密用私钥
安全性较高。加密/解密慢，适用于分布式网络
典型应用：数字证书

典型算法：

RSA:RSA算法中，每个通信主体都有两个钥匙，一个公钥（Public Key）用来对数据进行加密；一个私钥（Private Key）用来对数据进行解密
DSA:DSA-Digital Signature Algorithm

3.3、单向散列函数加密

h=H(m)返回长度为m的散列值h
特点：加密快，不可逆，破解困难

典型算法：

MD5(128位，安全性不够高）碰撞法破解
SHA或者SHA1(160位)

四、使用JAVA实现加密

4.1、MD5加密实现

package com.pb;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import java.security.MessageDigest;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import java.util.Scanner;

/*

 * 验证MD5

 * 1.初始化MessageDigest信息摘要对象

 * 2.传入需要计算的字符串更新摘要信息

 * 3.计算信息摘要

 * 4.将byte[] 转换为找度为32位的16进制字符串

 */

public class MD5 {

    /*

     * 生成md5 有传入参数字符串

     */

    public void generateMD5(String input){

        try {

            //1.初始化MessageDigest信息摘要对象,并指定为MD5不分大小写都可以

            MessageDigest md=MessageDigest.getInstance("md5");

             //2.传入需要计算的字符串更新摘要信息，传入的为字节数组byte[],

            //将字符串转换为字节数组使用getBytes()方法完成

            //指定时其字符编码 为utf-8

            md.update(input.getBytes("utf-8"));

             //3.计算信息摘要digest()方法

            //返回值为字节数组

            byte [] hashCode=md.digest();

             //4.将byte[] 转换为找度为32位的16进制字符串

                //声明StringBuffer对象来存放最后的值

            StringBuffer sb=new StringBuffer();

            //遍历字节数组

            for(byte b:hashCode){

                //对数组内容转化为16进制，

                sb.append(Character.forDigit(b>>4&0xf, 16));

                //换2次为32位的16进制

                sb.append(Character.forDigit(b&0xf, 16));

            }

            System.out.println("加密后的结果是:"+sb.toString());

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

        } catch (UnsupportedEncodingException e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        //声明加密MD5类的对象

        MD5 md5=new MD5();

        //使用Scanner来输入一个字符

        Scanner scanner=new Scanner(System.in);

        System.out.println("请输入要加密的内容:");

        String input = scanner.nextLine();

        //调用加密方法

        md5.generateMD5(input);

    }

}

结果:

请输入要加密的内容:

学习MD5加密过程

加密后的结果是:b826cdac46f01dcc8ccc60a76cebf858

4.2、对称加密实现

package demo.security;

import java.io.IOException;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import java.security.InvalidKeyException;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import java.security.SecureRandom;

import java.util.Base64;

import java.util.Scanner;

import javax.crypto.BadPaddingException;

import javax.crypto.Cipher;

import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;

import javax.crypto.KeyGenerator;

import javax.crypto.NoSuchPaddingException;

import javax.crypto.SecretKey;

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;

import sun.misc.BASE64Encoder;

/*

 * AES对称加密

 */

public class SymmetricEncoder {

  /*

   * 加密

   * 1.构造密钥生成器

   * 2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器

   * 3.产生密钥

   * 4.创建和初始化密码器

   * 5.内容加密

   * 6.返回字符串

   */

    public static String AESEncode(String encodeRules,String content){

        try {

            //1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写

            KeyGenerator keygen=KeyGenerator.getInstance("AES");

            //2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器

            //生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组

            keygen.init(128, new SecureRandom(encodeRules.getBytes()));

              //3.产生原始对称密钥

            SecretKey original_key=keygen.generateKey();

              //4.获得原始对称密钥的字节数组

            byte [] raw=original_key.getEncoded();

            //5.根据字节数组生成AES密钥

            SecretKey key=new SecretKeySpec(raw, "AES");

              //6.根据指定算法AES自成密码器

            Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES");

              //7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);

            //8.获取加密内容的字节数组(这里要设置为utf-8)不然内容中如果有中文和英文混合中文就会解密为乱码

            byte [] byte_encode=content.getBytes("utf-8");

            //9.根据密码器的初始化方式--加密：将数据加密

            byte [] byte_AES=cipher.doFinal(byte_encode);

          //10.将加密后的数据转换为字符串

            //这里用Base64Encoder中会找不到包

            //解决办法：

            //在项目的Build path中先移除JRE System Library，再添加库JRE System Library，重新编译后就一切正常了。

            String AES_encode=new String(new BASE64Encoder().encode(byte_AES));

          //11.将字符串返回

            return AES_encode;

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (NoSuchPaddingException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (InvalidKeyException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (IllegalBlockSizeException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (BadPaddingException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (UnsupportedEncodingException e) {

            // TODO Auto-generated catch block

            e.printStackTrace();

        }

        //如果有错就返加nulll

        return null;

    }

    /*

     * 解密

     * 解密过程：

     * 1.同加密1-4步

     * 2.将加密后的字符串反纺成byte[]数组

     * 3.将加密内容解密

     */

    public static String AESDncode(String encodeRules,String content){

        try {

            //1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写

            KeyGenerator keygen=KeyGenerator.getInstance("AES");

            //2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器

            //生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组

            keygen.init(128, new SecureRandom(encodeRules.getBytes()));

              //3.产生原始对称密钥

            SecretKey original_key=keygen.generateKey();

              //4.获得原始对称密钥的字节数组

            byte [] raw=original_key.getEncoded();

            //5.根据字节数组生成AES密钥

            SecretKey key=new SecretKeySpec(raw, "AES");

              //6.根据指定算法AES自成密码器

            Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES");

              //7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY

            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);

            //8.将加密并编码后的内容解码成字节数组

            byte [] byte_content= new BASE64Decoder().decodeBuffer(content);

            /*

             * 解密

             */

            byte [] byte_decode=cipher.doFinal(byte_content);

            String AES_decode=new String(byte_decode,"utf-8");

            return AES_decode;

        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (NoSuchPaddingException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (InvalidKeyException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (IllegalBlockSizeException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (BadPaddingException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        //如果有错就返加nulll

        return null;

    }

    public static void main(String[] args) {

        SymmetricEncoder se=new SymmetricEncoder();

        Scanner scanner=new Scanner(System.in);

        /*

         * 加密

         */

        System.out.println("使用AES对称加密，请输入加密的规则");

        String encodeRules=scanner.next();

        System.out.println("请输入要加密的内容:");

        String content = scanner.next();

        System.out.println("根据输入的规则"+encodeRules+"加密后的密文是:"+se.AESEncode(encodeRules, content));

        /*

         * 解密

         */

        System.out.println("使用AES对称解密，请输入加密的规则：(须与加密相同)");

         encodeRules=scanner.next();

        System.out.println("请输入要解密的内容（密文）:");

         content = scanner.next();

        System.out.println("根据输入的规则"+encodeRules+"解密后的明文是:"+se.AESDncode(encodeRules, content));

    }

}