1 对称加密算法
在了解DES算法前，先加单介绍一下对称加密算法，因为DES属于对称加密算法的一种。
对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥（mi yao）一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。
原理如下图：
2 DES算法简介
2.1 概述
DES全称为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*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*通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。需要注意的是，在某些文献中，作为算法的DES称为数据加密算法（Data Encryption Algorithm,DEA），已与作为标准的DES区分开来。
2.2 发展历史
美国国家标准局1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，于1973年5月15日和1974年8月27日先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点：
☆提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；
☆具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；
☆DES密码*的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；
☆实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
1977年1月，美国*颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准（DES Data Encryption Standard）。
2.3 算法原理
DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行“异或”运算；接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。
DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。
Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；
Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；
Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。
DES算法是这样工作的：
如Mode为加密，则用Key 去把数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；
如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。
在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据（如PIN、MAC等）在公共通信网中传输的安全性和可靠性。
通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性，这正是现在金融交易网络的流行做法。
2.4 应用
目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，以此来实现关键数据的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密传输，IC卡与POS间的双向认证、金融交易数据包的MAC校验等，均用到DES算法。
2.5 java代码实现
package xin.dreaming.des; import java.security.SecureRandom;
import java.util.Arrays; import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; import org.junit.Test;
/**
*
* @author DREAMING.XIN
*
*/
public class DESUtils { /**
* 生成随机密钥
*
* @param size
* 位数
* @return
*/
public static String generateRandomKey(int size) {
StringBuilder key = new StringBuilder();
String chars = "0123456789ABCDEF";
for (int i = 0; i < size; i++) {
int index = (int) (Math.random() * (chars.length() - 1));
key.append(chars.charAt(index));
}
return key.toString();
} /**
* DES加密
*
* @param key
* 密钥信息
* @param content
* 待加密信息
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encodeDES(byte[] key, byte[] content) throws Exception {
// 不是8的倍数的，补足
if (key.length % 8 != 0) {
int groups = key.length / 8 + (key.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
byte[] temp = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(temp, (byte) 0);
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
key = temp;
} // 不是8的倍数的，补足
byte[] srcBytes = content;
if (srcBytes.length % 8 != 0) {
int groups = content.length / 8 + (content.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
srcBytes = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(srcBytes, (byte) 0);
System.arraycopy(content, 0, srcBytes, 0, content.length);
} IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(new byte[] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 });
SecureRandom sr = new SecureRandom();
DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/NoPadding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv, sr);
byte[] tgtBytes = cipher.doFinal(srcBytes);
return tgtBytes;
} /**
* DES解密
*
* @param key
* 密钥信息
* @param content
* 待加密信息
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decodeDES(byte[] key, byte[] content) throws Exception {
// 不是8的倍数的，补足
if (key.length % 8 != 0) {
int groups = key.length / 8 + (key.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
byte[] temp = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(temp, (byte) 0);
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
key = temp;
}
// 不是8的倍数的，补足
byte[] srcBytes = content;
if (srcBytes.length % 8 != 0) {
int groups = content.length / 8 + (content.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
srcBytes = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(srcBytes, (byte) 0);
System.arraycopy(content, 0, srcBytes, 0, content.length);
} IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(new byte[] { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 });
SecureRandom sr = new SecureRandom();
DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/NoPadding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv, sr);
byte[] tgtBytes = cipher.doFinal(content);
return tgtBytes;
} @Test
public void desTest() throws Exception{
//获取随机密钥
String key = generateRandomKey(16);
System.out.println("随机密钥："+key);
String str = "DREAMING.XIN";
//des加密
byte[] encodeDES = encodeDES(key.getBytes(), str.getBytes());
System.out.println("加密结果："+encodeDES); //des解密
byte[] decodeDES = decodeDES(key.getBytes(), encodeDES);
System.out.println("减密结果： "+new String(decodeDES));
} }
执行结果：
随机密钥：AB09C55631425D67
加密结果：[B@19fc4e
减密结果： DREAMING.XIN
3 3DES加密算法
3.1 概述
3DES又称Triple DES，是DES加密算法的一种模式，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。数据加密标准（DES）是美国的一种由来已久的加密标准，它使用对称密钥加密法，并于1981年被ANSI组织规范为ANSI X.3.92。DES使用56位密钥和密码块的方法，而在密码块的方法中，文本被分成64位大小的文本块然后再进行加密。比起最初的DES，3DES更为安全。
3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法（1999年，NIST将3-DES指定为过渡的加密标准），加密算法，其具体实现如下：设Ek()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，M代表明文，C代表密文，这样：
3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(M)))
3DES解密过程为：M=Dk1(EK2(Dk3(C)))
3.2 java代码实现
package xin.dreaming.des; import java.security.Security;
import java.util.Arrays; import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.junit.Test; public class TripleDESUtils { /**
* 生成随机密钥
*
* @param size
* 位数
* @return
*/
public static String generateRandomKey(int size) {
StringBuilder key = new StringBuilder();
String chars = "0123456789ABCDEF";
for (int i = 0; i < size; i++) {
int index = (int) (Math.random() * (chars.length() - 1));
key.append(chars.charAt(index));
}
return key.toString();
} /**
* 3DES加密
*
* @param key
* 密钥信息
* @param content
* 待加密信息
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encode3DES(byte[] key, byte[] content) throws Exception {
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 不是8的倍数的，补足
if (key.length % 8 != 0) {
int groups = key.length / 8 + (key.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
byte[] temp = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(temp, (byte) 0);
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
key = temp;
}
// 长度为16位，转换成24位的密钥
if (key.length == 16) {
byte[] temp = new byte[24];
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
System.arraycopy(key, 0, temp, key.length, temp.length - key.length);
key = temp;
} // 不是8的倍数的，补足
byte[] srcBytes = content;
if (srcBytes.length % 8 != 0) {
int groups = content.length / 8 + (content.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
srcBytes = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(srcBytes, (byte) 0);
System.arraycopy(content, 0, srcBytes, 0, content.length);
} SecretKey deskey = new SecretKeySpec(key, "DESede");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/NoPadding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey);
byte[] temp = cipher.doFinal(srcBytes);
byte[] tgtBytes = new byte[content.length];
System.arraycopy(temp, 0, tgtBytes, 0, tgtBytes.length);
return tgtBytes;
} /**
* 3DES解密
*
* @param key
* 密钥
* @param content
* 待解密信息
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decode3DES(byte[] key, byte[] content) throws Exception {
// 不是8的倍数的，补足
if (key.length % 8 != 0) {
int groups = key.length / 8 + (key.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
byte[] temp = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(temp, (byte) 0);
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
key = temp;
}
// 长度为16位，转换成24位的密钥
if (key.length == 16) {
byte[] temp = new byte[24];
System.arraycopy(key, 0, temp, 0, key.length);
System.arraycopy(key, 0, temp, key.length, temp.length - key.length);
key = temp;
} // 不是8的倍数的，补足
byte[] srcBytes = content;
if (srcBytes.length % 8 != 0) {
int groups = content.length / 8 + (content.length % 8 != 0 ? 1 : 0);
srcBytes = new byte[groups * 8];
Arrays.fill(srcBytes, (byte) 0);
System.arraycopy(content, 0, srcBytes, 0, content.length);
} SecretKey deskey = new SecretKeySpec(key, "DESede");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/NoPadding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
byte[] tgtBytes = cipher.doFinal(srcBytes);
return tgtBytes;
} /**
* 二进制转十六进制字符串。每一个字节转为两位十六进制字符串。
*/
public static String byte2hex(byte[] b) {
String hs = "";
String stmp = "";
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
stmp = Integer.toHexString(b[i] & 0XFF);
if (stmp.length() == 1) {
hs = hs + "0" + stmp;
} else {
hs = hs + stmp;
}
}
return hs.toUpperCase();
} /**
* <b>概要：</b>
* 十六进制转二进制
* @param hex
* @return
* @throws IllegalArgumentException
*/
public static byte[] hex2byte(String hex) throws IllegalArgumentException {
if (hex.length() % 2 != 0) {
throw new IllegalArgumentException();
}
if (hex.startsWith("0x")) {
hex = hex.substring(2);
}
char[] arr = hex.toCharArray();
byte[] b = new byte[hex.length() / 2];
for (int i = 0, j = 0, l = hex.length(); i < l; i++, j++) {
String swap = "" + arr[i++] + arr[i];
int byteint = Integer.parseInt(swap, 16) & 0xFF;
b[j] = new Integer(byteint).byteValue();
}
return b;
} /**
* 3DES加密模式
*/
public static String encrypt(String value,String key) {
try {
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "DESede");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
byte[] encryptedByte = cipher.doFinal(value.getBytes());
String encodedByte = byte2hex(encryptedByte);
return encodedByte;
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
} /**
* <b>概要：</b>
* 3DES解密
* @param value
* @param key
* @return
*/
public static String decrypt(String value,String key) {
try { SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "DESede");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
byte[] decryptedByte = cipher.doFinal(hex2byte(value));
return new String(decryptedByte);
} catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
} @Test
public void TripleDESTest() throws Exception { // 获取随机密钥
String key = generateRandomKey(24);
System.out.println("随机密钥:" + key);
String str = "DREAMING.XIN";
// des加密
String encodeDES = encrypt( str,key);
System.out.println("3DES加密结果：" + encodeDES); // des解密
String decodeDES = decrypt(encodeDES, key);
System.out.println("减密结果： " + decodeDES);
}
}
运行结果：
补充说明：
1、3DES的密钥必须是24位的byte数组
否则会报错：如图，我生成23位密钥进行测试，报错如下：
2、加密结果的编码方式要一致
从byte数组转成字符串，一般有两种方式，base64处理和十六进制处理。
参考：
1、https://www.zhihu.com/question/36767829