Java加密解密快速入门上篇【包括MD5、BASE64、DES、RSA等算法】

        搞Java的攻城狮应该比较欣喜若狂的，不仅Sun公司的JDK提供了庞大的类库，而且还有众多的开源组织和个人不断地丰富着Java的生态系统。没错的，诸如MD5、BASE64、DES、RSA等经典加密解密算法，JDK都有提供专门的API来封装相关操作。程序猿只需要了解算法的思想，以及学习如何使用API即可。当然，针对BASE64算法，JDK仅仅提供了非常标准的实现，在某些场景下无法满足应用需求。在最后一部分，将学习Apache提供的Commons Codec对BASE64算法的扩展实现，以满足实践的需要。

 

<一>. MD5加密算法：

       消息摘要算法第五版(Message Digest Algorithm)，是一种单向加密算法，只能加密、无法解密。然而MD5加密算法已经被中国山东大学王小云教授成功破译，但是在安全性要求不高的场景下，MD5加密算法仍然具有应用价值。

 1. 创建md5对象： 

MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("md5");

 2.  进行加密操作： 

byte[] cipherData = md5.digest(plainText.getBytes());

 3.  将其中的每个字节转成十六进制字符串：byte类型的数据最高位是符号位，通过和0xff进行与操作，转换为int类型的正整数。 

String toHexStr = Integer.toHexString(cipher & 0xff);

 4. 如果该正数小于16(长度为1个字符)，前面拼接0占位：确保最后生成的是32位字符串。 

builder.append(toHexStr.length() == 1 ? "0" + toHexStr : toHexStr);

 5. 加密转换之后的字符串为：c0bb4f54f1d8b14caf6fe1069e5f93ad 

 6. 完整的MD5算法应用如下所示： 

/**
 * 功能简述: 测试MD5单向加密.
 * @throws Exception
 */
@Test
public void test01() throws Exception {
    String plainText = "Hello , world !";
    MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("md5");
    byte[] cipherData = md5.digest(plainText.getBytes());
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    for(byte cipher : cipherData) {
        String toHexStr = Integer.toHexString(cipher & 0xff);
        builder.append(toHexStr.length() == 1 ? "0" + toHexStr : toHexStr);
    }
    System.out.println(builder.toString());
    //c0bb4f54f1d8b14caf6fe1069e5f93ad
}

 

<二>. 使用BASE64进行加密/解密：

        使用BASE64算法通常用作对二进制数据进行加密，加密之后的数据不易被肉眼识别。严格来说，经过BASE64加密的数据其实没有安全性可言，因为它的加密解密算法都是公开的，典型的防菜鸟不防程序猿的呀。 经过标准的BASE64算法加密后的数据， 通常包含/、+、=等特殊符号，不适合作为url参数传递，幸运的是Apache的Commons Codec模块提供了对BASE64的进一步封装。  (参见最后一部分的说明)

 1. 使用BASE64加密： 

BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
String cipherText = encoder.encode(plainText.getBytes());

  2. 使用BASE64解密： 

BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
plainText = new String(decoder.decodeBuffer(cipherText));

  3. 完整代码示例： 

/**
 * 功能简述: 使用BASE64进行双向加密/解密.
 * @throws Exception
 */
@Test
public void test02() throws Exception {
    BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();
    BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
    String plainText = "Hello , world !";
    String cipherText = encoder.encode(plainText.getBytes());
    System.out.println("cipherText : " + cipherText);
    //cipherText : SGVsbG8gLCB3b3JsZCAh
    System.out.println("plainText : " +
        new String(decoder.decodeBuffer(cipherText)));
    //plainText : Hello , world !

 

<三>. 使用DES对称加密/解密：

         数据加密标准算法(Data Encryption Standard)，和BASE64最明显的区别就是有一个工作密钥，该密钥既用于加密、也用于解密，并且要求密钥是一个长度至少大于8位的字符串。使用DES加密、解密的核心是确保工作密钥的安全性。

 1. 根据key生成密钥： 

DESKeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("des");
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);

  2. 加密操作： 

Cipher cipher = Cipher.getInstance("des");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new SecureRandom());
byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());

  3. 为了便于观察生成的加密数据，使用BASE64再次加密： 

String cipherText = new BASE64Encoder().encode(cipherData);

     生成密文如下：PtRYi3sp7TOR69UrKEIicA== 

  4. 解密操作： 

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new SecureRandom());
byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);
String plainText = new String(plainData);

  5. 完整的代码demo： 

/**
 * 功能简述: 使用DES对称加密/解密.
 * @throws Exception
 */
@Test
public void test03() throws Exception {
    String plainText = "Hello , world !";
    String key = "12345678";    //要求key至少长度为8个字符

    SecureRandom random = new SecureRandom();
    DESKeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
    SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("des");
    SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);

    Cipher cipher = Cipher.getInstance("des");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, random);
    byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());
    System.out.println("cipherText : " + new BASE64Encoder().encode(cipherData));
    //PtRYi3sp7TOR69UrKEIicA==

    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, random);
    byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);
    System.out.println("plainText : " + new String(plainData));
    //Hello , world !
}

 

<四>. 使用RSA非对称加密/解密：

        RSA算法是非对称加密算法的典型代表，既能加密、又能解密。和对称加密算法比如DES的明显区别在于用于加密、解密的密钥是不同的。使用RSA算法，只要密钥足够长(一般要求1024bit)，加密的信息是不能被破解的。用户通过https协议访问服务器时，就是使用非对称加密算法进行数据的加密、解密操作的。

       服务器发送数据给客户端时使用私钥（private key）进行加密，并且使用加密之后的数据和私钥生成数字签名（digital signature）并发送给客户端。客户端接收到服务器发送的数据会使用公钥（public key）对数据来进行解密，并且根据加密数据和公钥验证数字签名的有效性，防止加密数据在传输过程中被第三方进行了修改。

       客户端发送数据给服务器时使用公钥进行加密，服务器接收到加密数据之后使用私钥进行解密。

 1. 创建密钥对KeyPair：

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("rsa");
keyPairGenerator.initialize(1024);  //密钥长度推荐为1024位.
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

  2. 获取公钥/私钥：

PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

  3. 服务器数据使用私钥加密：

Cipher cipher = Cipher.getInstance("rsa");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey, new SecureRandom());
byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());

  4. 用户使用公钥解密：

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey, new SecureRandom());
byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);

  5. 服务器根据私钥和加密数据生成数字签名：

Signature signature  = Signature.getInstance("MD5withRSA");
signature.initSign(privateKey);
signature.update(cipherData);
byte[] signData = signature.sign();

  6. 用户根据公钥、加密数据验证数据是否被修改过：

signature.initVerify(publicKey);
signature.update(cipherData);
boolean status = signature.verify(signData);

  7. RSA算法代码demo：

/**
 * 功能简述: 使用RSA非对称加密/解密.
 * @throws Exception
 */
@Test
public void test04() throws Exception {
    String plainText = "Hello , world !";

    KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("rsa");
    keyPairGenerator.initialize(1024);
    KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

    PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
    PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

    Cipher cipher = Cipher.getInstance("rsa");
    SecureRandom random = new SecureRandom();

    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey, random);
    byte[] cipherData = cipher.doFinal(plainText.getBytes());
    System.out.println("cipherText : " + new BASE64Encoder().encode(cipherData));
    //gDsJxZM98U2GzHUtUTyZ/Ir/NXqRWKUJkl6olrLYCZHY3RnlF3olkWPZ35Dwz9BMRqaTL3oPuyVq
    //sehvHExxj9RyrWpIYnYLBSURB1KVUSLMsd/ONFOD0fnJoGtIk+T/+3yybVL8M+RI+HzbE/jdYa/+
    //yQ+vHwHqXhuzZ/N8iNg=

    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey, random);
    byte[] plainData = cipher.doFinal(cipherData);
    System.out.println("plainText : " + new String(plainData));
    //Hello , world !

    Signature signature  = Signature.getInstance("MD5withRSA");
    signature.initSign(privateKey);
    signature.update(cipherData);
    byte[] signData = signature.sign();
    System.out.println("signature : " + new BASE64Encoder().encode(signData));
    //ADfoeKQn6eEHgLF8ETMXan3TfFO03R5u+cQEWtAQ2lRblLZw1DpzTlJJt1RXjU451I84v3297LhR
    //co64p6Sq3kVt84wnRsQw5mucZnY+jRZNdXpcbwh2qsh8287NM2hxWqp4OOCf/+vKKXZ3pbJMNT/4
    ///t9ewo+KYCWKOgvu5QQ=

    signature.initVerify(publicKey);
    signature.update(cipherData);
    boolean status = signature.verify(signData);
    System.out.println("status : " + status);
    //true
}

 

        Ok，这个blog的内容够长的了，还是在下一篇博客中对加密解密封装成一个工具类吧，然后简单介绍一下Commons Codec对BASE64的扩展支持！