Java-数据加解密实现
注意：强烈建议阅读本文之前，先行阅读下面这篇文章，建立对密码学技术体系的整体认知：
https://blog.csdn.net/weixin_39190897/article/details/82223408
先来一个故事（可粗略理解 数字签名、散列函数、证书机构、非对称加密、公私密钥 等密码学技术的应用）~
假如A授权B的一段代码dmk可以访问A的系统，一个坏蛋C也想要访问A的系统做一些坏事，但是C没有的到A的授权，那么A怎么知道dmk就是dmk呢，是这样做的B通过dmk生成一个散列值，然后将这个散列值追加到代码尾部传送给A，A拿到这个信息后将代码和散列分开，然后A用和B相同的算法也计算出散列值，用计算出的散列值和B传过来的散列值比较如果相等就证明这段代码是dmk。现在坏蛋要和B斗志斗勇了！！！
解密过程：
好戏开始~
加密技术
加密技术大体上分为 双向加密 和 单向加密 ，而双向加密又分为 对称加密 和非对称加密(有些资料将加密直接分为对称加密和非对称加密)。
双向加密即明文加密后形成的密文，可以通过逆向算法还原出明文。而单向加密只是对信息进行了摘要计算，不能通过算法逆向生成明文。
单向加密技术采用单向散列函数（或称为哈希(Hash)函数/散列函数），可将任意长度的消息散列形成固定长度的散列值（即消息摘要），用于被用户私钥加密后生成数字签名，保证数据的完整性和不可否认性。
单向加密从严格意思上说不能算是加密的一种，而只是摘要算法，常见的单向加密技术有BASE64(一种编码形式)、MD5、SHA、HMAC(消息认证码)。
双向加密技术可以分为 对称加密 与 非对称加密 两种。
y
（1）对称加密：即加密与解密用的是同一把秘钥，常用的对称加密技术有DES、AES等。
（2）非对称加密：加密与解密用的是不同的秘钥，常用的非对称加密技术有RSA等。
为什么要有非对称加密、解密技术呢？
假设这样一种场景A要发送一段消息给B，但是又不想以明文发送,所以就需要对消息进行加密。如果采用对称加密技术，那么加密与解密用的是同一把秘钥。除非B事先就知道A的秘钥,并且保存好，这样才可以解密A发来的消息。
由于对称技术只有一把秘钥，所以秘钥的管理是一个很麻烦的问题。而非对称技术的诞生就解决了这个问题。非对称加密与解密使用的是不同的秘钥，并且秘钥对是一一对应的,即用A的私钥加密的密文只有用A的公钥才能解密。
这样的话，每个人都有两把秘钥，私钥和公钥，私钥是只有自己才知道的，不能告诉别人，而公钥是公开的，大家都可以知道。这样，当A想要发送消息给B的时候，只需要用B的公钥对消息进行加密就可以了，由于B的私钥只有B才拥有，所以A用B的公钥加密的消息只有B才能解开。而B想更换自己的密钥时也很方便，只须把公钥告诉大家就可以了。
那么，既然非对称加密如此之好，对称加密就没有存在的必要了啊，其实不然，由于非对称加密算法的开销很大，所以如果直接以非对称技术来加密发送的消息效率会很差。那么怎么办呢？解决的办法也很简单，就是把对称加密技术与非对称加密技术结合起来使用。
举个例子：
假如A要发送一个消息给B，对于发送方的A：
(1) A先生成一个对称秘钥,这个秘钥可以是随机生成的;
(2) A用B的公钥加密第一步生成的这个对称秘钥;
(3) A把加密过的对称秘钥发给B;
(4) A用第一步生成的这个对称秘钥加密实际要发的消息;
(5) A把用对称秘钥加密的消息发给B
对于接收方B:
（1）他先收到A发来的对称秘钥,这个秘钥是用B的公钥加密过的,所以B需要用自己的私钥来解密这个秘钥
（2）然后B又收到A发来的密文,这时候用刚才解密出来的秘钥来解密密文
这样子的整个过程既保证了安全,又保证了效率.
Java 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。
需要对加密和解密使用相同密钥的加密算法。由于其速度，对称性加密通常在消息发送方需要加密大量数据时使用。
对称加密一般java类中中定义成员：
//KeyGenerator 提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
private KeyGenerator keygen;
//SecretKey 负责保存对称密钥
private SecretKey deskey;
//Cipher负责完成加密或解密工作
private Cipher c;
//该字节数组负责保存加密的结果
private byte[] cipherByte;
1、DES算法
DES是1977年美国联邦信息处理标准中使用的一种对称密码技术，曾今被美国和其他国家政府银行使用。
不过现在已被暴力破解，不再安全可靠，我们除了用它解密以前的密文外，已不再使用DES了。
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
public class EncrypDES {
//KeyGenerator 提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
private KeyGenerator keygen;
//SecretKey 负责保存对称密钥
private SecretKey deskey;
//Cipher负责完成加密或解密工作
private Cipher c;
//该字节数组负责保存加密的结果
private byte[] cipherByte;
/**
* 构造函数，完成所需变量的初始化
*/
public EncrypDES() throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException{
//实例化支持DES算法的密钥生成器(算法名称命名需按规定，否则抛出异常)
keygen = KeyGenerator.getInstance("DES");
//生成密钥
deskey = keygen.generateKey();
//生成Cipher对象,指定其支持的DES算法
c = Cipher.getInstance("DES");
}
/**
* 对字符串加密
*/
public byte[] Encrytor(String str) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，ENCRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey);
byte[] src = str.getBytes();
// 加密，结果保存进cipherByte
cipherByte = c.doFinal(src);
return cipherByte;
}
/**
* 对字符串解密
*/
public byte[] Decryptor(byte[] buff) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，DECRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
cipherByte = c.doFinal(buff);
return cipherByte;
}
/**
* 主函数，执行加解密测试
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
EncrypDES de1 = new EncrypDES();
String msg ="You are not alone.";
byte[] encontent = de1.Encrytor(msg);
byte[] decontent = de1.Decryptor(encontent);
System.out.println("明文是:" + msg);
System.out.println("加密后:" + new String(encontent));
System.out.println("解密后:" + new String(decontent));
}
}
执行结果：
明文是:You are not alone.
加密后:�����e�]r�.��@:ak��d
解密后:You are not alone.
2、3DES
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.。比起最初的DES，3DES更为安全。3DES是DES加密算法的一种模式，它使用3条56位的密钥对3DES数据进行三次加密。 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，P代表明文，C代表密文，这样，
3DES加密过程为：C=Ek3(Dk2(Ek1(P)))
3DES解密过程为：P=Dk1((EK2(Dk3(C)))
Java代码：
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
public class EncrypDES3 {
// KeyGenerator 提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
private KeyGenerator keygen;
// SecretKey 负责保存对称密钥
private SecretKey deskey;
// Cipher负责完成加密或解密工作
private Cipher c;
// 该字节数组负责保存加密的结果
private byte[] cipherByte;
public EncrypDES3() throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
// 实例化支持DES算法的密钥生成器(算法名称命名需按规定，否则抛出异常)
keygen = KeyGenerator.getInstance("DESede");
// 生成密钥
deskey = keygen.generateKey();
// 生成Cipher对象,指定其支持的DES算法
c = Cipher.getInstance("DESede");
}
/**
* 对字符串加密
*/
public byte[] Encrytor(String str) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，ENCRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey);
byte[] src = str.getBytes();
// 加密，结果保存进cipherByte
cipherByte = c.doFinal(src);
return cipherByte;
}
/**
* 对字符串解密
*/
public byte[] Decryptor(byte[] buff) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，DECRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
cipherByte = c.doFinal(buff);
return cipherByte;
}
/**
* 主函数
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
EncrypDES3 des = new EncrypDES3();
String msg ="You are not alone.";
byte[] encontent = des.Encrytor(msg);
byte[] decontent = des.Decryptor(encontent);
System.out.println("明文是:" + msg);
System.out.println("加密后:" + new String(encontent));
System.out.println("解密后:" + new String(decontent));
}
}
3、AES
AES密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称 高级加密标准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。
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
public class EncrypAES {
//KeyGenerator 提供对称密钥生成器的功能，支持各种算法
private KeyGenerator keygen;
//SecretKey 负责保存对称密钥
private SecretKey deskey;
//Cipher负责完成加密或解密工作
private Cipher c;
//该字节数组负责保存加密的结果
private byte[] cipherByte;
public EncrypAES() throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException{
Security.addProvider(new com.sun.crypto.provider.SunJCE());
//实例化支持DES算法的密钥生成器(算法名称命名需按规定，否则抛出异常)
keygen = KeyGenerator.getInstance("AES");
//生成密钥
deskey = keygen.generateKey();
//生成Cipher对象,指定其支持的DES算法
c = Cipher.getInstance("AES");
}
/**
* 对字符串加密
*/
public byte[] Encrytor(String str) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，ENCRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey);
byte[] src = str.getBytes();
// 加密，结果保存进cipherByte
cipherByte = c.doFinal(src);
return cipherByte;
}
/**
* 对字符串解密
*/
public byte[] Decryptor(byte[] buff) throws InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
// 根据密钥，对Cipher对象进行初始化，DECRYPT_MODE表示加密模式
c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
cipherByte = c.doFinal(buff);
return cipherByte;
}
/**
* 主函数
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
EncrypAES de1 = new EncrypAES();
String msg ="You are not alone.";
byte[] encontent = de1.Encrytor(msg);
byte[] decontent = de1.Decryptor(encontent);
System.out.println("明文是:" + msg);
System.out.println("加密后:" + new String(encontent));
System.out.println("解密后:" + new String(decontent));
}
}
Java 非对称加密
1976年，美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题，提出一种新的密钥交换协议，允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息，安全地达成一致的密钥，这就是“公开密钥系统”。相对于“对称加密算法”这种方法也叫做“非对称加密算法”。 与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥 （privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。
RSA
RSA 公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
public class EncrypRSA {
/**
* 加密
*/
protected byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey,byte[] srcBytes) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException{
if(publicKey!=null){
//Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSA
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//根据公钥，对Cipher对象进行初始化
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] resultBytes = cipher.doFinal(srcBytes);
return resultBytes;
}
return null;
}
/**
* 解密
*/
protected byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey,byte[] srcBytes) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException{
if(privateKey!=null){
//Cipher负责完成加密或解密工作，基于RSA
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//根据公钥，对Cipher对象进行初始化
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] resultBytes = cipher.doFinal(srcBytes);
return resultBytes;
}
return null;
}
/**
* 主函数
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
EncrypRSA rsa = new EncrypRSA();
String msg = "You are not alone.";
//KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
//初始化密钥对生成器，密钥大小为1024位
keyPairGen.initialize(1024);
//生成一个密钥对，保存在keyPair中
KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
//得到私钥
RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
//得到公钥
RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
//用公钥加密
byte[] srcBytes = msg.getBytes();
byte[] resultBytes = rsa.encrypt(publicKey, srcBytes);
//用私钥解密
byte[] decBytes = rsa.decrypt(privateKey, resultBytes);
System.out.println("明文是:" + msg);
System.out.println("加密后是:" + new String(resultBytes));
System.out.println("解密后是:" + new String(decBytes));
}
}
运行结果：
明文是:You are not alone.
加密后是:C��n�?�ק����R�`��Z�Y�No�x�y�8&2�J��y:;�a�A]v����2ߝK�7�m�\�%
解密后是:You are not alone.
Java 单向加密(信息摘要)
Java一般需要获取对象MessageDigest来实现单项加密(信息摘要)。
1、MD5
MD5 即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被”压缩”成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串）。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。
Java代码：
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class EncrypMD5 {
public byte[] eccrypt(String info) throws NoSuchAlgorithmException{
//根据MD5算法生成MessageDigest对象
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] srcBytes = info.getBytes();
//使用srcBytes更新摘要
md5.update(srcBytes);
//完成哈希计算，得到result
byte[] resultBytes = md5.digest();
return resultBytes;
}
public static void main(String args[]) throws NoSuchAlgorithmException{
String msg = "You are not alone.";
EncrypMD5 md5 = new EncrypMD5();
byte[] resultBytes = md5.eccrypt(msg);
System.out.println("密文是：" + new String(resultBytes));
System.out.println("明文是：" + msg);
}
}
运行结果：
密文是：(!� ,D� ��⸎�
明文是：You are not alone.
SHA 是一种数据加密算法，该算法经过加密专家多年来的发展和改进已日益完善，现在已成为公认的最安全的散列算法之一，并被广泛使用。该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。散列函数值可以说时对明文的一种“指纹”或是“摘要”所以对散列值的数字签名就可以视为对此明文的数字签名。
Java代码：
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class EncrypSHA {
public byte[] eccrypt(String info) throws NoSuchAlgorithmException{
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("SHA");
byte[] srcBytes = info.getBytes();
//使用srcBytes更新摘要
md5.update(srcBytes);
//完成哈希计算，得到result
byte[] resultBytes = md5.digest();
return resultBytes;
}
/**
* @param args
* @throws NoSuchAlgorithmException
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
String msg = "You are not alone.";
EncrypSHA sha = new EncrypSHA();
byte[] resultBytes = sha.eccrypt(msg);
System.out.println("明文是：" + msg);
System.out.println("密文是：" + new String(resultBytes));
}
}
运行结果：
明文是：You are not alone.
密文是：�bJ�q����X=�����
MySql 加解密函数
MySQL有两个函数来支持这种类型的加密，分别叫做ENCODE()和DECODE()。
下面是一个简单的实例：
Mysql代码
mysql> INSERT INTO users (username,password) VALUES ('joe',ENCODE('guessme','abr'));
Query OK， 1 row affected （0.14 sec）
其中，Joe的密码是guessme，它通过密钥abr被加密。
提示：虽然ENCODE()和DECODE()这两个函数能够满足大多数的要求，但是有的时候您希望使用强度更高的加密手段。在这种情况下，您可以使用AES_ENCRYPT()和AES_DECRYPT()函数，它们的工作方式是相同的，但是加密强度更高。
单向加密与双向加密不同，一旦数据被加密就没有办法颠倒这一过程。因此密码的验证包括对用户输入内容的重新加密，并将它与保存的密文进行比对，看是否匹配。
一种简单的单向加密方式是MD5校验码。MySQL的MD5（）函数会为您的数据创建一个“指纹”并将它保存起来，供验证测试使用。下面就是如何使用它的一个简单例子：
Mysql代码：
mysql> INSERT INTO users (username,password) VALUES ('joe',MD5('guessme'));
Query OK， 1 row affected （0.00 sec）
或者，您考虑一下使用ENCRYPT（）函数，它使用系统底层的crypt（）系统调用来完成加密。这个函数有两个参数：一个是要被加密的字符串，另一个是双（或者多）字符的“salt”。它然后会用salt加密字符串；这个salt然后可以被用来再次加密用户输入的内容，并将它与先前加密的字符串进行比对。下面一个例子说明了如何使用它：
Mysql代码：
mysql> INSERT INTO users (username,password) VALUES('joe'， ENCRYPT('guessme','ab'));
Query OK， 1 row affected （0.00 sec）
提示：ENCRYPT()只能用在UNIX、LINIX系统上，因为它需要用到底层的crypt()库。