Java加密跟数字签名
Java加密和数字签名
消息摘要
这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法,可用于检验消息的完整性,和通过散列密码直接以文本形式保存等,目前广泛使用的算法有MD4、MD5、SHA-1,jdk1.5对上面都提供了支持,在java中进行消息摘要很简单, java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法:
import java.security.MessageDigest; publicclass MessageDigestExample { publicstaticvoid main(String[] args) { String source = "Java加密和数字签名"; String result = md5Encode(source); System.out.println("MD5:" + result + ", length()=" + result.length()); result = sha1Encode(source); System.out.println("SHA-1:" + result + ", length()=" + result.length()); } publicstatic String md5Encode(String source) { return encode(source, "MD5"); } publicstatic String sha1Encode(String source) { return encode(source, "SHA-1"); } privatestatic String encode(String source, String digestName) { if (source == null) returnnull; String result = null; try { byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); // 使用getInstance("算法")来获得消息摘要 MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(digestName); // 开始使用算法 messageDigest.update(plainText); // 输出算法运算结果 result = new String(messageDigest.digest(), "UTF8"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return result; } }
还可以通过消息认证码来进行加密实现,javax.crypto.Mac提供了一个解决方案,有兴趣者可以参考相关API文档。
私钥加密
消息摘要只能检查消息的完整性,但是单向的,对明文消息并不能加密,要加密明文的消息的话,就要使用其他的算法,要确保机密性,我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。
这种最好理解,使用对称算法。比如:A用一个密钥对一个文件加密,而B读取这个文件的话,则需要和A一样的密钥,双方共享一个私钥(而在web环境下,私钥在传递时容易被侦听)
使用私钥加密的话,首先需要一个密钥,可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥(java.security.Key),然后传递给一个加密工具(javax.crypto.Cipher),该工具再使用相应的算法来进行加密,主要对称算法有:DES(实际密钥只用到56位),AES(支持三种密钥长度:128、192、256位),通常首先128位,其他的还有DESede等,jdk1.5种也提供了对对称算法的支持,以下例子使用AES算法来加密:
import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.security.Key; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; publicclass PrivateKeyExample { publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { String source = "abcdefghijk"; byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); // 通过KeyGenerator形成一个key KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES"); keyGen.init(128); Key key = keyGen.generateKey(); printKey(key); byte[] result = encryption(plainText, key); System.out.println("加密后数组大小:" + result.length); System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result)); byte[] newText = decryption(result, key); System.out.println("解密后字符串:" + new String(newText, "UTF-8")); } publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, Key key) throws Exception { // 获得一个私鈅加密类Cipher,ECB是加密方式,PKCS5Padding是填充方法 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); // 使用私鈅加密 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); return cipherText; } publicstaticbyte[] decryption(byte[] source, Key key) throws Exception { // 获得一个私鈅加密类Cipher,ECB是加密方式,PKCS5Padding是填充方法 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); // 使用私鈅加密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); byte[] result = cipher.doFinal(source); return result; } privatestaticvoid printKey(Key key) throws UnsupportedEncodingException { System.out.println("Algorithm:" + key.getAlgorithm()); byte[] bytes = key.getEncoded(); System.out.println("Encoded:" + Base64.encodeBytes(bytes)); } }
公钥加密
上面提到,私钥加密需要一个共享的密钥,那么如何传递密钥呢?web环境下,直接传递的话很容易被侦听到,幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对称加密,不对称算法使用一对密钥对,一个公钥,一个私钥,使用公钥加密的数据,只有私钥能解开(可用于加密);同时,使用私钥加密的数据,只有公钥能解开(签名)。但是速度很慢(比私钥加密慢100到1000倍),公钥的主要算法有RSA,还包括Blowfish,Diffie-Helman等,jdk1.5种提供了对RSA的支持,是一个改进的地方:
import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import javax.crypto.Cipher; publicclass PublicKeyExample { publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { String source = "abcdefghijk"; byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); // 生成密钥对 KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); keyGen.initialize(1024); KeyPair key = keyGen.generateKeyPair(); byte[] result = encryption(plainText, key); System.out.println("加密后数组大小:" + result.length); System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result)); byte[] newText = decryption(result, key); System.out.println("解密后字符串:" + new String(newText, "UTF-8")); } publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, KeyPair keyPair) throws Exception { // 获得一个RSA的Cipher类,使用公鈅加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic()); byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); return cipherText; } publicstaticbyte[] decryption(byte[] cipherText, KeyPair keyPair) throws Exception { // 获得一个RSA的Cipher类,使用私钥解密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.getPrivate()); byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText); return newPlainText; } }
数字签名
数字签名,它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。上面A通过使用公钥加密数据后发给B,B利用私钥解密就得到了需要的数据,问题来了,由于都是使用公钥加密,那么如何检验是A发过来的消息呢?上面也提到了一点,私钥是唯一的,那么A就可以利用A自己的私钥进行加密,然后B再利用A的公钥来解密,就可以了;数字签名的原理就基于此,而通常为了证明发送数据的真实性,通过利用消息摘要获得简短的消息内容,然后再利用私钥进行加密,散列数据和消息一起发送。
大致流程如下:
1. 甲方构建密钥对,将公钥公布给乙方,保留私钥。
2. 甲方使用私钥加密数据,然后用私钥对加密后的数据签名,发送给乙方签名以及加密后的数据。
3. 乙方使用公钥、签名来验证待解密数据是否有效,如果有效使用公钥对数据解密。
4. 乙方使用公钥加密数据,向甲方发送经过加密后的数据。
5. 甲方获得加密数据,通过私钥解密。
java中为数字签名提供了良好的支持,java.security.Signature类提供了消息签名:
import java.security.KeyPair; import java.security.KeyPairGenerator; import java.security.Signature; import java.security.SignatureException; import javax.crypto.Cipher; publicclass DigitalSignatureExample { publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception { String source = "abcdefghijk"; byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8"); System.out.println("原始字符串:" + source); System.out.println("原始数据数组长度:" + plainText.length); // 形成RSA公钥对 KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); keyGen.initialize(1024); KeyPair key = keyGen.generateKeyPair(); /* 使用私钥加密 */ Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key.getPrivate()); byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); // 使用私鈅签名 Signature sig = Signature.getInstance("SHA1WithRSA"); sig.initSign(key.getPrivate()); sig.update(cipherText); byte[] signature = sig.sign(); System.out.println("签名数组长度:" + signature.length); // 使用公钥进行验证 sig.initVerify(key.getPublic()); sig.update(cipherText); try { if (sig.verify(signature)) { System.out.println("数字签名验证通过"); /* 使用公钥解密 */ cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key.getPublic()); byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText); System.out.println("解密后的字符串:" + new String(newPlainText, "UTF-8")); } else System.out.println("数字签名验证失败"); } catch (SignatureException e) { System.out.println("捕捉到异常,数字签名验证失败"); } } }