Java加密技术（二）——对称加密算法DES&AES

接下来我们介绍对称加密算法，最常用的莫过于DES数据加密算法。
DES
DES-Data Encryption Standard,即数据加密算法。是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位,是DES算法的工作密钥;Data也为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;Mode为DES的工作方式,有两种:加密或解密。
　　DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位。



通过java代码实现如下： Coder类见 Java加密技术（一）

Java代码  

1. import java.security.Key;  
2. import java.security.SecureRandom;  
3.   
4. import javax.crypto.Cipher;  
5. import javax.crypto.KeyGenerator;  
6. import javax.crypto.SecretKey;  
7. import javax.crypto.SecretKeyFactory;  
8. import javax.crypto.spec.DESKeySpec;  
9.   
10.   
11. /** 
12.  * DES安全编码组件 
13.  *  
14.  * <pre> 
15.  * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR) 
16.  * DES                  key size must be equal to 56 
17.  * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
18.  * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
19.  * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
20.  * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
21.  * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
22.  * 具体内容 需要关注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html 
23.  * </pre> 
24.  *  
25.  * @author 梁栋 
26.  * @version 1.0 
27.  * @since 1.0 
28.  */  
29. public abstract class DESCoder extends Coder {  
30.     /** 
31.      * ALGORITHM 算法 <br> 
32.      * 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。 
33.      *  
34.      * <pre> 
35.      * DES                  key size must be equal to 56 
36.      * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
37.      * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
38.      * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
39.      * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
40.      * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
41.      * </pre> 
42.      *  
43.      * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代码 
44.      * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替换 
45.      * <code> 
46.      * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key); 
47.      * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM); 
48.      * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks); 
49.      * </code> 
50.      */  
51.     public static final String ALGORITHM = "DES";  
52.   
53.     /** 
54.      * 转换密钥<br> 
55.      *  
56.      * @param key 
57.      * @return  
58.      * @throws Exception 
59.      */  
60.     private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {  
61.         DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);  
62.         SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);  
63.         SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);  
64.   
65.         // 当使用其他对称加密算法时，如AES、Blowfish等算法时，用下述代码替换上述三行代码  
66.         // SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);  
67.   
68.         return secretKey;  
69.     }  
70.   
71.     /** 
72.      * 解密 
73.      *  
74.      * @param data 
75.      * @param key 
76.      * @return 
77.      * @throws Exception 
78.      */  
79.     public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
80.         Key k = toKey(decryptBASE64(key));  
81.   
82.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);  
83.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);  
84.   
85.         return cipher.doFinal(data);  
86.     }  
87.   
88.     /** 
89.      * 加密 
90.      *  
91.      * @param data 
92.      * @param key 
93.      * @return 
94.      * @throws Exception 
95.      */  
96.     public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
97.         Key k = toKey(decryptBASE64(key));  
98.         Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);  
99.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);  
100.   
101.         return cipher.doFinal(data);  
102.     }  
103.   
104.     /** 
105.      * 生成密钥 
106.      *  
107.      * @return 
108.      * @throws Exception 
109.      */  
110.     public static String initKey() throws Exception {  
111.         return initKey(null);  
112.     }  
113.   
114.     /** 
115.      * 生成密钥 
116.      *  
117.      * @param seed 
118.      * @return 
119.      * @throws Exception 
120.      */  
121.     public static String initKey(String seed) throws Exception {  
122.         SecureRandom secureRandom = null;  
123.   
124.         if (seed != null) {  
125.             secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));  
126.         } else {  
127.             secureRandom = new SecureRandom();  
128.         }  
129.   
130.         KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);  
131.         kg.init(secureRandom);  
132.   
133.         SecretKey secretKey = kg.generateKey();  
134.   
135.         return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());  
136.     }  
137. }  

import java.security.Key;
import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;


/**
 * DES安全编码组件
 * 
 * <pre>
 * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR)
 * DES          		key size must be equal to 56
 * DESede(TripleDES) 	key size must be equal to 112 or 168
 * AES          		key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
 * Blowfish     		key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
 * RC2          		key size must be between 40 and 1024 bits
 * RC4(ARCFOUR) 		key size must be between 40 and 1024 bits
 * 具体内容 需要关注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html
 * </pre>
 * 
 * @author 梁栋
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class DESCoder extends Coder {
	/**
	 * ALGORITHM 算法 <br>
	 * 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。
	 * 
	 * <pre>
	 * DES          		key size must be equal to 56
	 * DESede(TripleDES) 	key size must be equal to 112 or 168
	 * AES          		key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available
	 * Blowfish     		key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)
	 * RC2          		key size must be between 40 and 1024 bits
	 * RC4(ARCFOUR) 		key size must be between 40 and 1024 bits
	 * </pre>
	 * 
	 * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代码
	 * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替换
	 * <code>
	 * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
	 * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
	 * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);
	 * </code>
	 */
	public static final String ALGORITHM = "DES";

	/**
	 * 转换密钥<br>
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
		DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
		SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
		SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks);

		// 当使用其他对称加密算法时，如AES、Blowfish等算法时，用下述代码替换上述三行代码
		// SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);

		return secretKey;
	}

	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));

		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/**
	 * 生成密钥
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initKey() throws Exception {
		return initKey(null);
	}

	/**
	 * 生成密钥
	 * 
	 * @param seed
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initKey(String seed) throws Exception {
		SecureRandom secureRandom = null;

		if (seed != null) {
			secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));
		} else {
			secureRandom = new SecureRandom();
		}

		KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		kg.init(secureRandom);

		SecretKey secretKey = kg.generateKey();

		return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
	}
}

延续上一个类的实现，我们通过MD5以及SHA对字符串加密生成密钥，这是比较常见的密钥生成方式。
再给出一个测试类：

Java代码  

1. import static org.junit.Assert.*;  
2.   
3.   
4. import org.junit.Test;  
5.   
6. /** 
7.  *  
8.  * @author 梁栋 
9.  * @version 1.0 
10.  * @since 1.0 
11.  */  
12. public class DESCoderTest {  
13.   
14.     @Test  
15.     public void test() throws Exception {  
16.         String inputStr = "DES";  
17.         String key = DESCoder.initKey();  
18.         System.err.println("原文:\t" + inputStr);  
19.   
20.         System.err.println("密钥:\t" + key);  
21.   
22.         byte[] inputData = inputStr.getBytes();  
23.         inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);  
24.   
25.         System.err.println("加密后:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));  
26.   
27.         byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);  
28.         String outputStr = new String(outputData);  
29.   
30.         System.err.println("解密后:\t" + outputStr);  
31.   
32.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
33.     }  
34. }  

import static org.junit.Assert.*;


import org.junit.Test;

/**
 * 
 * @author 梁栋
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public class DESCoderTest {

	@Test
	public void test() throws Exception {
		String inputStr = "DES";
		String key = DESCoder.initKey();
		System.err.println("原文:\t" + inputStr);

		System.err.println("密钥:\t" + key);

		byte[] inputData = inputStr.getBytes();
		inputData = DESCoder.encrypt(inputData, key);

		System.err.println("加密后:\t" + DESCoder.encryptBASE64(inputData));

		byte[] outputData = DESCoder.decrypt(inputData, key);
		String outputStr = new String(outputData);

		System.err.println("解密后:\t" + outputStr);

		assertEquals(inputStr, outputStr);
	}
}

得到的输出内容如下：

Console代码  

1. 原文: DES  
2. 密钥: f3wEtRrV6q0=  
3.   
4. 加密后:    C6qe9oNIzRY=  
5.   
6. 解密后:    DES  

原文:	DES
密钥:	f3wEtRrV6q0=

加密后:	C6qe9oNIzRY=

解密后:	DES

    由控制台得到的输出，我们能够比对加密、解密后结果一致。这是一种简单的加密解密方式，只有一个密钥。
    其实DES有很多同胞兄弟，如DESede(TripleDES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR)。这里就不过多阐述了，大同小异，只要换掉ALGORITHM换成对应的值，同时做一个代码替换 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);就可以了，此外就是密钥长度不同了。

Java代码  

1. /** 
2.  * DES          key size must be equal to 56 
3.  * DESede(TripleDES) key size must be equal to 112 or 168 
4.  * AES          key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
5.  * Blowfish     key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
6.  * RC2          key size must be between 40 and 1024 bits 
7.  * RC4(ARCFOUR) key size must be between 40 and 1024 bits 
8.  **/