利用DES加密算法保护Java源代码

作者：李琴 李家明   出处：计算机与信息技术

 摘 要：本文首先分析了Java源代码需要加密的原因，简要介绍了DES算法及Java密码体系和Java密码扩展，最后说明了利用DES加密算法保护Java源代码的方法及步骤。

　　关键词 Java 加密 DES算法

　　Java语言是一种非常适用于网络编程的语言，它的基本结构与C++极为相似，但抛弃了C/C++中指针等内容，同时它吸收了Smalltalk、C++面向对象的编程思想。它具有简单性、鲁棒性、可移植性、动态性等特点。这些特点使得Java成为跨平台应用开发的一种规范，在世界范围内广泛流传。

　　加密Java源码的原因

　　Java源代码经过编译以后在JVM中执行。由于JVM界面是完全透明的，Java类文件能够很容易通过反编译器重新转换成源代码。因此，所有的算法、类文件等都可以以源代码的形式被公开，使得软件不能受到保护，为了保护产权，一般可以有以下几种方法：

　　（1）"模糊"类文件，加大反编译器反编译源代码文件的难度。然而，可以修改反编译器，使之能够处理这些模糊类文件。所以仅仅依赖"模糊类文件"来保证代码的安全是不够的。

　　（2）流行的加密工具对源文件进行加密，比如PGP（Pretty Good Privacy）或GPG（GNU Privacy Guard）。这时，最终用户在运行应用之前必须先进行解密。但解密之后，最终用户就有了一份不加密的类文件，这和事先不进行加密没有什么差别。

　　（3）加密类文件，在运行中JVM用定制的类装载器（Class Loader）解密类文件。Java运行时装入字节码的机制隐含地意味着可以对字节码进行修改。JVM每次装入类文件时都需要一个称为ClassLoader的对象，这个对象负责把新的类装入正在运行的JVM。JVM给ClassLoader一个包含了待装入类（例如java.lang.Object）名字的字符串，然后由ClassLoader负责找到类文件，装入原始数据，并把它转换成一个Class对象。

　　用户下载的是加密过的类文件，在加密类文件装入之时进行解密，因此可以看成是一种即时解密器。由于解密后的字节码文件永远不会保存到文件系统，所以窃密者很难得到解密后的代码。

　　由于把原始字节码转换成Class对象的过程完全由系统负责，所以创建定制ClassLoader对象其实并不困难，只需先获得原始数据，接着就可以进行包含解密在内的任何转换。

　　Java密码体系和Java密码扩展

　　Java密码体系(JCA)和Java密码扩展(JCE)的设计目的是为Java提供与实现无关的加密函数API。它们都用factory方法来创建类的例程，然后把实际的加密函数委托给提供者指定的底层引擎,引擎中为类提供了服务提供者接口在Java中实现数据的加密/解密，是使用其内置的JCE(Java加密扩展)来实现的。Java开发工具集1.1为实现包括数字签名和信息摘要在内的加密功能，推出了一种基于供应商的新型灵活应用编程接口。Java密码体系结构支持供应商的互操作,同时支持硬件和软件实现。

　　Java密码学结构设计遵循两个原则:

　　(1)算法的独立性和可靠性。

　　(2)实现的独立性和相互作用性。

　　算法的独立性是通过定义密码服务类来获得。用户只需了解密码算法的概念,而不用去关心如何实现这些概念。实现的独立性和相互作用性通过密码服务提供器来实现。密码服务提供器是实现一个或多个密码服务的一个或多个程序包。软件开发商根据一定接口,将各种算法实现后,打包成一个提供器,用户可以安装不同的提供器。安装和配置提供器,可将包含提供器的ZIP和JAR文件放在CLASSPATH下,再编辑Java安全属性文件来设置定义一个提供器。Java运行环境Sun版本时, 提供一个缺省的提供器Sun。

　　下面介绍DES算法及如何利用DES算法加密和解密类文件的步骤。

　　DES算法简介

　　DES（Data Encryption Standard）是发明最早的最广泛使用的分组对称加密算法。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算法工作流程如下：若Mode为加密模式，则利用Key 对数据Data进行加密， 生成Data的密码形式（64位）作为DES的输出结果；如Mode为解密模式，则利用Key对密码形式的数据Data进行解密，还原为Data的明码形式（64位）作为DES的输出结果。在通信网络的两端，双方约定一致的Key，在通信的源点用Key对核心数据进行DES加密，然后以密码形式在公共通信网（如电话网）中传输到通信网络的终点，数据到达目的地后，用同样的Key对密码数据进行解密，便再现了明码形式的核心数据。这样，便保证了核心数据在公共通信网中传输的安全性和可靠性。

　　也可以通过定期在通信网络的源端和目的端同时改用新的Key，便能更进一步提高数据的保密性。
利用DES算法加密的步骤

　　（1）生成一个安全密钥。在加密或解密任何数据之前需要有一个密钥。密钥是随同被加密的应用程序一起发布的一段数据，密钥代码如下所示。

　　【生成一个密钥代码】

//  生成一个可信任的随机数源
Secure Random sr  =   new  SecureRandom();
//  为我们选择的DES算法生成一个KeyGenerator对象
KeyGenerator kg  =  KeyGenerator.getInstance ( " DES "  );
Kg.init (sr);
//  生成密钥
Secret Key key  =  kg.generateKey();
//  将密钥数据保存为文件供以后使用，其中key Filename为保存的文件名
Util.writeFile (key Filename, key.getEncoded () );

2）加密数据。得到密钥之后，接下来就可以用它加密数据。如下所示。

　　【用密钥加密原始数据】

//  产生一个可信任的随机数源
SecureRandom sr  =   new  SecureRandom();
// 从密钥文件key Filename中得到密钥数据
Byte rawKeyData []  =  Util.readFile (key Filename);
//  从原始密钥数据创建DESKeySpec对象
DESKeySpec dks  =   new  DESKeySpec (rawKeyData);
//  创建一个密钥工厂，然后用它把DESKeySpec转换成Secret Key对象
SecretKeyFactory key Factory  =  SecretKeyFactory.getInstance( " DES "  );
Secret Key key  =  keyFactory.generateSecret( dks );
//  Cipher对象实际完成加密操作
Cipher cipher  =  Cipher.getInstance(  " DES "  );
//  用密钥初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr );
//  通过读类文件获取需要加密的数据
Byte data []  =  Util.readFile (filename);
//  执行加密操作
Byte encryptedClassData []  =  cipher.doFinal(data );
//  保存加密后的文件，覆盖原有的类文件。 
Util.writeFile( filename, encryptedClassData );

（3）解密数据。运行经过加密的程序时，ClassLoader分析并解密类文件。操作步骤如下所示。

　　【用密钥解密数据】

//  生成一个可信任的随机数源
SecureRandom sr  =   new  SecureRandom();
//  从密钥文件中获取原始密钥数据
Byte rawKeyData[]  =  Util.readFile( keyFilename );
//  创建一个DESKeySpec对象
DESKeySpec dks  =   new  DESKeySpec (rawKeyData);
//  创建一个密钥工厂，然后用它把DESKeySpec对象转换成Secret Key对象 
SecretKeyFactory key Factory  =  SecretKeyFactory.getInstance(  " DES "  );
SecretKey key  =  keyFactory.generateSecret( dks );
//  Cipher对象实际完成解密操作
Cipher cipher  =  Cipher.getInstance(  " DES "  );
//  用密钥初始化Cipher对象
Cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
//  获得经过加密的数据
Byte encrypted Data []  =  Util.readFile (Filename);
// 执行解密操作
Byte decryptedData []  =  cipher.doFinal( encryptedData );
//  然后将解密后的数据转化成原来的类文件。

将上述代码与自定义的类装载器结合就可以做到边解密边运行，从而起到保护源代码的作用。

　　 结束语

　　加密/解密是数据传输中保证数据安全性和完整性的常用方法，Java语言因其平台无关性，在Internet上的应用非常之广泛。使用DES算法加密Java源码在一定程度上能保护软件的产权。