Java安全——基于密码的加密

Java安全

基于密码的加密

基于密码加密和SSL加密的区别

• 密码加密可以数据和密码分离传输
• SSL只限于在套接字空间传输的数据进行加密

SSL和密码加密

密码加密是指通过算法将原始信息转换成密文，只有知道相应密钥的人才能解密。Java中常用的密码加密算法包括MD5、SHA、AES、DES等，可以用于实现用户密码的加密存储、数据安全传输等场景。

SSL加密（Secure Sockets Layer）是一种基于公钥加密技术的安全协议，主要用于保证数据在传输过程中的安全性和完整性。SSL通过使用数字证书来确保客户端与服务端之间的通信安全，可以防止网络中间人攻击、数据篡改、信息泄露等问题。在Java中，使用SSLSocket、SSLServerSocket等类可以实现SSL加密传输。

密码引擎

在Java Cryptography Extension (JCE) 中，有多种加密引擎可供使用。以下是每个引擎的简要说明和使用示例：

1. Cipher：用于对称加密和解密算法。可以使用getInstance方法获取Cipher对象，并指定加密算法和工作模式/填充模式。然后使用init方法初始化Cipher对象，传递加密操作模式（加密、解密、包括需要的密钥和其他参数）以及密钥。最后，使用doFinal方法进行实际的加密和解密操作。
   示例：

   Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
   cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
   byte[] encryptedData = cipher.doFinal(data);
   

2. KeyGenerator：用于生成对称密钥。可使用getInstance方法获取KeyGenerator对象，并指定密钥算法。然后使用init方法初始化密钥生成器，设置密钥的长度、安全随机数源等。最后，使用generateKey方法生成对称密钥。
   示例：

   KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
   keyGenerator.init(256);
   SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
   

3. SecureRandom：生成安全随机数。可使用getInstance方法获取SecureRandom对象，并选择合适的算法。然后，直接调用nextBytes方法生成指定长度的随机字节。
   示例：

   SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstanceStrong();
   byte[] randomBytes = new byte[16];
   secureRandom.nextBytes(randomBytes);
   

4. Signature：用于数字签名和验证。可以使用getInstance方法获取Signature对象，并选择签名算法。然后，通过initSign方法初始化签名对象并传递私钥，或通过initVerify方法初始化验证对象并传递公钥。最后，使用update方法传入要签名的数据，调用sign方法进行签名，或调用verify方法进行验证。
   示例：

   Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
   signature.initSign(privateKey);
   signature.update(data);
   byte[] signatureBytes = signature.sign();
   

5. Mac：提供消息认证码算法。可以使用getInstance方法获取Mac对象，并选择合适的算法。然后，通过init方法传入密钥初始化Mac对象。最后，使用doFinal方法对数据进行消息认证，生成Mac码。
   示例：

   Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
   mac.init(secretKey);
   byte[] macBytes = mac.doFinal(data);
   

6. KeyPairGenerator：用于生成非对称密钥对。可以使用getInstance方法获取KeyPairGenerator对象，并选择合适的加密算法。然后，使用initialize方法传递密钥长度和可选的随机源初始化密钥对生成器。最后，通过generateKeyPair方法生成非对称密钥对。
   示例：

   KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
   keyPairGenerator.initialize(2048);
   KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
   

这些示例演示了如何使用JCE中的加密引擎。您可以根据自己的需求选择适当的加密算法和模式，并按照示例代码进行相应的初始化和操作。请注意，还需要进行适当的异常处理和密钥管理来保证安全性。

密码流

在Java安全中，CipherInputStream是一种基于密码的输入流，用于加密或解密数据流。它可以与其他输入流（如文件输入流或网络输入流）结合使用，将数据流加密或解密。

CipherInputStream使用javax.crypto.Cipher加密引擎来处理数据流的加密或解密操作。它接收一个已初始化的Cipher对象作为参数，并使用该Cipher对象来进行相应的加密或解密操作。

以下是CipherInputStream的说明和使用示例：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.CipherInputStream;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.security.Key;
import java.util.Base64;

public class CipherInputStreamExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 定义密钥
        String keyString = "0123456789ABCDEF";
        Key key = new SecretKeySpec(keyString.getBytes(), "AES");

        // 初始化加密引擎
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);

        // 创建输入流和输出流
        InputStream inputStream = new FileInputStream("input.txt");
        OutputStream outputStream = new FileOutputStream("output.txt");

        // 创建CipherInputStream
        CipherInputStream cipherInputStream = new CipherInputStream(inputStream, cipher);

        // 读取加密的数据，并写入输出流
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead;
        while ((bytesRead = cipherInputStream.read(buffer)) != -1) {
            outputStream.write(buffer, 0, bytesRead);
        }

        // 关闭流
        cipherInputStream.close();
        inputStream.close();
        outputStream.close();
    }
}

上述示例演示了使用CipherInputStream对数据流进行加密的过程。首先，我们定义了一个密钥（key），然后使用该密钥创建一个Cipher对象，指定加密算法和模式。接下来，我们创建一个输入流（FileInputStream）从源文件中读取数据，并创建一个输出流（FileOutputStream）将加密后的数据写入到目标文件中。然后，我们使用CipherInputStream来加密数据流，传入输入流和已初始化的Cipher对象。在while循环中从密文输入流读取加密数据，并将其写入到输出流中。最后，关闭流以释放资源。

通过类似的方式，您也可以使用CipherInputStream来进行数据流的解密操作，只需将Cipher对象的加密模式设置为Cipher.DECRYPT_MODE即可。

请注意，上述示例使用的是ECB模式和PKCS5Padding填充模式的AES加密算法，您可以根据需要选择其他支持的加密算法和模式。此外，为了保证数据安全性，建议使用更强大和安全的加密算法，并采取适当的密钥管理和安全措施。

加封对象

在Java安全中，“加封”（Sealing）是指将对象序列化并使用加密技术保护对象的完整性和机密性。通过加封对象，可以在不暴露敏感数据的情况下，将对象传输或存储到不可信的环境中。

Java中的加封对象可以使用javax.crypto.SealedObject类实现。该类在应用层上提供了对对象加密和解密的支持，以及对对象完整性的保护。

以下是加封对象在Java安全中的说明和使用示例：

import javax.crypto.*;
import java.io.Serializable;
import java.security.Key;
import java.util.Base64;

class MySecretData implements Serializable {
    // 加密和解密所需的共享密钥
    private static final Key sharedKey = ...;

    private String secretMessage;

    public MySecretData(String secretMessage) {
        this.secretMessage = secretMessage;
    }

    public String getSecretMessage() {
        return secretMessage;
    }

    // 加封对象
    public SealedObject seal() throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sharedKey);

        return new SealedObject(this, cipher);
    }

    // 解开加封的对象
    public static MySecretData unseal(SealedObject sealedObject) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sharedKey);

        return (MySecretData) sealedObject.getObject(cipher);
    }
}

public class SealedObjectExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建私密数据对象
        MySecretData secretData = new MySecretData("This is a secret message!");

        // 加封对象
        SealedObject sealedObject = secretData.seal();

        // 获取加封对象的密文表示
        byte[] sealedData = sealedObject.getEncoded();
        String sealedDataString = Base64.getEncoder().encodeToString(sealedData);

        System.out.println("Sealed Object: " + sealedDataString);

        // 解开加封的对象
        MySecretData unsealedData = MySecretData.unseal(sealedObject);

        // 获取解开的对象的信息
        String secretMessage = unsealedData.getSecretMessage();
        System.out.println("Unsealed Object: " + secretMessage);
    }
}
``