3DES加密算法原理

 

一、3DES加密算法简析：

3DES，也称为 3DESede 或 TripleDES，是三重数据加密算法，相当于是对每个数据库应用三次DES的对称加密算法。

由于DES密码长度容易被暴力破解，所以3DES算法通过对DES算法进行改进，增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，针对每个数据块进行三次DES加密；因此，3DES加密算法并非什么新的加密算法，是DES的一个更安全的变形，它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。。

3DES是DES向AES过渡的加密算法，它使用2个或者3个56位的密钥对数据进行三次加密。相比DES，3DES因密钥长度变长，安全性有所提高，但其处理速度不高。因此又出现了AES加密算法，AES较于3DES速度更快、安全性更高。

 

二、3DES加密过程：

该算法的加解密过程分别是对明文/密文数据进行三次DES加密或解密，得到相应的密文或明文。

假设EK（）和DK（）分别表示DES的加密和解密函数，P表示明文，C表示密文，那么加解密的公式如下：

加密：C = EK3（ DK2（ EK1（P）） ），即对明文数据进行，加密 --> 解密 --> 加密的过程，最后得到密文数据；

解密：P = DK1（ EK2（ DK3（C）） ），即对密文数据进行，解密 --> 加密 --> 解密的过程，最后得到明文数据；

其中：K1表示3DES中第一个8字节密钥，K2表示第二个8字节密钥，K3表示第三个8字节密钥，K1、K2、K3决定了算法的安全性，若三个密钥互不相同，本质上就相当于用一个长为168位的密钥进行加密。多年来，它在对付强力攻击时是比较安全的。若数据对安全性要求不那么高，K1可以等于K3。在这种情况下，密钥的有效长度为112位，即K1对应KL（左8字节），K2对应KR（右8字节），K3对应KL（左8字节）。

当三重密钥均相同时，前两步相互抵消，相当于仅实现了一次加密，因此可实现对普通DES加密算法的兼容。

由于DES加解密算法是每8个字节作为一个加解密数据块，因此在实现该算法时，需要对数据进行分块和补位（即最后不足8字节时，要补足8字节）。Java本身提供的API中NoPadding，Zeros填充和PKCS5Padding。假设我们要对9个字节长度的数据进行加密，则其对应的填充说明如下：

（1）NoPadding：API或算法本身不对数据进行处理，加密数据由加密双方约定填补算法。例如若对字符串数据进行加解密，可以补充\0或者空格，然后trim；

（2）ZerosPadding：无数据的字节全部被填充为0；

第一块：F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7

第二块：F8 0 0 0 0 0 0 0

（3）PKCS5Padding：每个被填充的字节都记录了被填充的长度；

①加密前：数据字节长度对8取余，余数为m，若m>0,则补足8-m个字节，字节数值为8-m，即差几个字节就补几个字节，字节数值即为补充的字节数，若为0则补充8个字节的8。

②解密后：取最后一个字节，值为m，则从数据尾部删除m个字节，剩余数据即为加密前的原文。

③加密字符串为为AAA，则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB，则补位为BBBBBB22；加密字符串为CCCCCCCC，则补位为CCCCCCCC88888888。

（4）PKCS7Padding：

PKCS7Padding 的填充方式和PKCS5Padding 填充方式一样。只是加密块的字节数不同。PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节，PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。

 

三、3DES解密：

3DES解密过程，与加密过程相反，即逆序使用密钥。是以密钥3、密钥2、密钥1的顺序执行 解密->加密->解密。

 

 

四、Java使用3DES加密解密的流程：

　　①传入共同约定的密钥（keyBytes）以及算法（Algorithm），来构建SecretKey密钥对象：

　　SecretKey deskey = new SecretKeySpec（keyBytes， Algorithm）;

　　②根据算法实例化Cipher对象，它负责加密/解密：

　　Cipher c1 = Cipher.getInstance（Algorithm）;

　　③传入加密/解密模式以及SecretKey密钥对象，实例化Cipher对象：

　　c1.init（Cipher.ENCRYPT_MODE， deskey）;

　　④传入字节数组，调用Cipher.doFinal（）方法，实现加密/解密，并返回一个byte字节数组：

　　c1.doFinal（src）;

Java语言加密案例：

/*字符串　DESede(3DES)　加密*/
import java.security.Security;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
 
public class Des3 {
 
    private static final String Algorithm = "DESede"; // 定义 加密算法,可用DES,DESede,Blowfish

    // 加密函数
    // keybyte为加密密钥，长度为24字节
    // src为被加密的数据缓冲区（源）
    public static byte[] encryptMode(byte[] keybyte, byte[] src) {
        try {
            // 生成密钥
            SecretKey deskey = new SecretKeySpec(keybyte, Algorithm);
            // 加密
            Cipher c1 = Cipher.getInstance(Algorithm);
            c1.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey);
            return c1.doFinal(src);
        } catch (java.security.NoSuchAlgorithmException e1) {
            e1.printStackTrace();
        } catch (javax.crypto.NoSuchPaddingException e2) {
            e2.printStackTrace();
        } catch (java.lang.Exception e3) {
            e3.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
 
    // 解密函数
    // keybyte为加密密钥，长度为24字节
    // src为加密后的缓冲区
    public static byte[] decryptMode(byte[] keybyte, byte[] src) {
        try {
            // 生成密钥
            SecretKey deskey = new SecretKeySpec(keybyte, Algorithm);
            // 解密
            Cipher c1 = Cipher.getInstance(Algorithm);
            c1.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey);
            return c1.doFinal(src);
        } catch (java.security.NoSuchAlgorithmException e1) {
            e1.printStackTrace();
        } catch (javax.crypto.NoSuchPaddingException e2) {
            e2.printStackTrace();
        } catch (java.lang.Exception e3) {
            e3.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
 
    // 转换成十六进制字符串
    public static String byte2hex(byte[] b) {
        String hs = "";
        String stmp = "";
        for (int n = 0; n < b.length; n++) {
            stmp = (java.lang.Integer.toHexString(b[n] & 0XFF));
            if (stmp.length() == 1) {
                hs = hs + "0" + stmp;
            } else {
                hs = hs + stmp;
            }
            if (n < b.length - 1) {
                hs = hs + ":";
            }
        }
        return hs.toUpperCase();
    }
 
    public static void main(String[] args) {
 
        // 添加新安全算法,如果用JCE就要把它添加进去
        Security.addProvider(new com.sun.crypto.provider.SunJCE());
        final byte[] keyBytes = { 0x11, 0x22, 0x4F, 0x58, (byte) 0x88, 0x10, 0x40, 0x38, 0x28, 0x25, 0x79, 0x51, (byte) 0xCB, (byte) 0xDD, 0x55, 0x66, 0x77, 0x29, 0x74, (byte) 0x98, 0x30, 0x40, 0x36, (byte) 0xE2 }; // 24字节的密钥
 
        String szSrc = "This is a 3DES test. 测试";
        System.out.println("加密前的字符串:" + szSrc);
 
        byte[] encoded = encryptMode(keyBytes, szSrc.getBytes());
        System.out.println("加密后的字符串:" + new String(encoded));
 
        byte[] srcBytes = decryptMode(keyBytes, encoded);
        System.out.println("解密后的字符串:" + (new String(srcBytes)));
    }
}