对称加密算法与非对称加密算法的异同
对称加密算法
- 首先对称加密算法是一个可以还原的算法，我们可以进行加密并且还原。
- 对称加密算法是用一个传统的一个密码进行加密和解密。
- 以下是在软件开发的过程中常见的加密算法。
常见的对称加密算法 算法 密钥长度 工作模式 填充模式 DES 56/64 ECB/CBC/PCBC/CTR/... NoPadding/PKCS5Padding/... AES 128/192/256 ECB/CBC/PCBC/CTR/... NoPadding/PKCS5Padding/PKCS7Padding/... IDEA 128 ECB PKCS5Padding/PKCS7Padding/.. -
密钥长度直接决定加密强度，而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。Java标准库提供的算法实现并不包括 所有的工作模式和所有填充模式，但是通常我们只需要挑选常用的使用就可以了。
-
由于DES 算法由于密钥过短，可以在短时间内被暴力破解，安全系数很低，所以我们现在普遍选择AES算法。
- AES算法作为常用的算法，比较常见的工作模式是 ECB 和 CBC两种工作模式。
ECB模式
在ECB工作模式下，需要一个固定长度的密钥，固定的密文会生成固定的密文。以下是ECB工作模式的代码实现
public class Demo02 {
public static void main(String[] args) throws Exception, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
//AES加密
//基于一个ECB的工作模式
String message= "tqsdyyewzdn";
System.out.println("MESSAGE:"+message);
//128位秘钥 = 16 bytekeys
byte[] key = "1234567890qwerty".getBytes();
//加密
byte[] data = message.getBytes();
byte[] encypted = encrypt(key, data);
System.out.println("加密:"+Base64.getEncoder().encodeToString(encypted));
//解密
byte[] decrypted = decrypt(key, encypted);
//System.out.println(Arrays.toString(decrypted));
System.out.println("解密:"+ new String(decrypted));
}
//加密方法
public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//传入一个算法 工作模式 填充模式
SecretKey keyspec = new SecretKeySpec(key, "AES");//根据key的字节内容恢复密钥对象
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyspec);//初始化一个秘钥，设置加密模式
return cipher.doFinal(input);
}
//解密
public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//传入一个算法 工作模式 填充模式
SecretKey keyspec = new SecretKeySpec(key, "AES");//根据key的字节内容恢复密钥对象
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyspec);//初始化一个秘钥，设置解密模式
return cipher.doFinal(input);
}
}
CBC模式
在CBC 模式下，它需要一个随机数作为 IV 参数，这样对于同一份明文，每次生成的密文都不同。
public class Demo03 {
public static void main(String[] args) throws Exception, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
//AES加密
//基于一个CBC的工作模式
String message= "tqsdyyewzdn";
System.out.println("MESSAGE:"+message);
//128位秘钥 = 16 bytekeys
byte[] key = "1234567890qwerty1234567890qwerty".getBytes();
//加密
byte[] data = message.getBytes();
byte[] encypted = encrypt(key, data);
System.out.println("加密:"+Base64.getEncoder().encodeToString(encypted));
//解密
byte[] decrypted = decrypt(key, encypted);
//System.out.println(Arrays.toString(decrypted));
System.out.println("解密:"+ new String(decrypted));
}
//加密方法
public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");//传入一个算法 工作模式 填充模式
SecretKey keyspec = new SecretKeySpec(key, "AES");//根据key的字节内容恢复密钥对象
//CBC模式需要生成一个16bytes的iv
SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
//生成16字节随机数
byte[] iv = sr.generateSeed(16);
System.out.println(Arrays.toString(iv));
IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//随机数封装成IvParameterSpec
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyspec,ivps);//初始化一个秘钥，设置加密模式
//加密
byte[] data =cipher.doFinal(input);
return join(iv,data);
}
//解密
public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException {
//分割input
byte[] iv = new byte[16];
byte[] data = new byte[input.length-16];
System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16);
System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);
//
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");//传入一个算法 工作模式 填充模式
SecretKey keyspec = new SecretKeySpec(key, "AES");//根据key的字节内容恢复密钥对象
IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//恢复iv
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyspec,ivps);//初始化一个秘钥，设置解密模式
return cipher.doFinal(data);
}
public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
byte[] r = new byte[bs1.length+bs2.length];
System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
return r;
}
}
非对称加密算法
- 非对称加密：加密和解密使用的不是相同的密钥，只有同一个公钥-私钥对才能正常加解密。
- 非对称加密的典型算法就是 RSA 算法
- 非对称加密的缺点：运算速度非常慢，比对称加密要慢很多
- 非对称加密的优点：对称加密需要协商密钥，而非对称加密可以安全地公开各自的公钥，在N个人之间通信的时候：使用非对称加密只 需要N个密钥对，每个人只管理自己的密钥对。
- 非对称加密的优点：而使用对称加密需要则需要N*(N-1)/2个密钥，因此每个人需要管理N-1个密钥，密钥管理难度大，而且非常容易泄漏。
- 以 RSA 算法为例，它的密钥有 256 / 512 / 1024 / 2048 / 4096 等不同的长度。长度越长，密码强度越大，当然计算速度也越慢。
public class Main04 {
public static void main(String[] args) {
// Bob和Alice:
Person bob = new Person("Bob");
Person alice = new Person("Alice");
// 各自生成KeyPair: 公钥+私钥
bob.generateKeyPair();
alice.generateKeyPair();
// 双方交换各自的PublicKey(公钥):
// Bob根据Alice的PublicKey生成自己的本地密钥(共享公钥):
bob.generateSecretKey(alice.publicKey.getEncoded());
// Alice根据Bob的PublicKey生成自己的本地密钥(共享公钥):
alice.generateSecretKey(bob.publicKey.getEncoded());
// 检查双方的本地密钥是否相同:
bob.printKeys();
alice.printKeys();
// 双方的SecretKey相同，后续通信将使用SecretKey作为密钥进行AES加解密...
}
}
// 用户类
class Person {
public final String name; // 姓名
// 密钥
public PublicKey publicKey; // 公钥
private PrivateKey privateKey; // 私钥
private byte[] secretKey; // 本地秘钥(共享密钥)
// 构造方法
public Person(String name) {
this.name = name;
}
// 生成本地KeyPair:(公钥+私钥)
public void generateKeyPair() {
try {
// 创建DH算法的“秘钥对”生成器
KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
kpGen.initialize(512);
// 生成一个"密钥对"
KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();
this.privateKey = kp.getPrivate(); // 私钥
this.publicKey = kp.getPublic(); // 公钥
} catch (GeneralSecurityException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
// 按照 "对方的公钥" => 生成"共享密钥"
public void generateSecretKey(byte[] receivedPubKeyBytes) {
try {
// 从byte[]恢复PublicKey:
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(receivedPubKeyBytes);
// 根据DH算法获取KeyFactory
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("DH");
// 通过KeyFactory创建公钥
PublicKey receivedPublicKey = kf.generatePublic(keySpec);
// 生成本地密钥(共享公钥)
KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
keyAgreement.init(this.privateKey); // 初始化"自己的PrivateKey"
keyAgreement.doPhase(receivedPublicKey, true); // 根据"对方的PublicKey"
// 生成SecretKey本地密钥(共享公钥)
this.secretKey = keyAgreement.generateSecret();
} catch (GeneralSecurityException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public void printKeys() {
System.out.printf("Name: %s\n", this.name);
System.out.printf("Private key: %x\n", new BigInteger(1, this.privateKey.getEncoded()));
System.out.printf("Public key: %x\n", new BigInteger(1, this.publicKey.getEncoded()));
System.out.printf("Secret key: %x\n", new BigInteger(1, this.secretKey));
}
}
结果为
我们可以看出Private Key和Public Key不同 但是 SecretKey相同。
对称加密算法与非对称加密算法的相同
- 对称加密算法与非对称加密算法是、可以还原的算法，我们可以进行加密并且还原。
- 密钥长度直接决定加密强度
对称加密算法与非对称加密算法的不同
- 对称加密算法 加密和解密使用相同的秘钥，而非对称算法加密和解密采用不同的秘钥，但是通过秘钥对关联。
- 对称加密算法 算法公开、计算量小、速度快、加密效率高，而非对称算法更加安全但是效率低下。
- 对称加密算法 收、发双方所拥有的钥匙数量巨大，密钥管理成为双方的负担。非对称算法 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。