[zt]Java加密和数字签名

[zt]Java加密和数字签名

本文主要谈一下密码学中的加密和数字签名，以及其在java中如何进行使用。对密码学有兴趣的伙伴，推荐看 Bruce Schneier的著作：Applied Crypotography。在jdk1.5的发行版本中安全性方面有了很大的改进，也提供了对RSA算法的直接支持，现在我们从实例入手解决问题（本文 仅是作为简单介绍）：

　　一、密码学上常用的概念　

　　1）消息摘要：

　 　这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法，可用于检验消息的完整性，和通过散列密码直接以文本形式保存等，目前 广泛使用的算法有MD4、MD5、SHA-1，jdk1.5对上面都提供了支持，在java中进行消息摘要很简单， java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法：

/**
*MessageDigestExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import  java.security.MessageDigest;
/**
*单一的消息摘要算法，不使用密码.可以用来对明文消息（如：密码）隐藏保存
*/
public   class  MessageDigestExample{
　 public   static   void  main(String[] args)  throws  Exception{
　　 if (args.length != 1 ){
　　　System.err.println( " Usage:java MessageDigestExample text " );
　　　System.exit( 1 );
　　}

　　 byte [] plainText = args[ 0 ].getBytes( " UTF8 " );

　　 // 使用getInstance("算法")来获得消息摘要,这里使用SHA-1的160位算法
　　MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance( " SHA-1 " );

　　System.out.println( " \n " + messageDigest.getProvider().getInfo());
　　 // 开始使用算法
　　messageDigest.update(plainText);
　　System.out.println( " \nDigest: " );
　　 // 输出算法运算结果
　　System.out.println( new  String(messageDigest.digest(), " UTF8 " ));
　}
}

　　还可以通过消息认证码来进行加密实现，javax.crypto.Mac提供了一个解决方案，有兴趣者可以参考相关API文档，本文只是简单介绍什么是摘要算法。

这里补充另一个运用消息摘要的方式加密的例子:

public   class  TestEncrypt {

     public  TestEncrypt() {
    }

     /**
     *  @param  strSrc  :strSrc is a string will be encrypted,
     *  @param  encName : encName is the algorithm name will be used.
     *                encName dafault to "MD5"
     *  @return  String
      */
     public  String Encrypt(String strSrc, String encName) {

        MessageDigest md  =   null ;
        String strDes  =   null ;

         byte [] bt  =  strSrc.getBytes();
         try  {
             if  (encName  ==   null   ||  encName.equals( "" )) {
                encName  =   " MD5 " ;
            }
            md  =  MessageDigest.getInstance(encName);
            md.update(bt);
            strDes  =  bytes2Hex(md.digest());  // to HexString
        }
         catch  (NoSuchAlgorithmException e) {
            System.out.println( " Invalid algorithm. " );
             return   null ;
        }
         return  strDes;
    }

     public  String bytes2Hex( byte [] bts) {
        String des  =   "" ;
        String tmp  =   null ;
         for  ( int  i  =   0 ; i  <  bts.length; i ++ ) {
            tmp  =  (Integer.toHexString(bts[i]  &   0xFF ));
             if  (tmp.length()  ==   1 ) {
                des  +=   " 0 " ;
            }
            des  +=  tmp;
        }
         return  des;
    }

     public   static   void  main(String[]args) {
        TestEncrypt te  =   new  TestEncrypt();
        String strSrc  =   " 可以加密汉字.Oh,and english " ;
        System.out.println( " Source String: "   +  strSrc);
        System.out.println( " Encrypted String: " );
        System.out.println( " Use Def: "   +  te.Encrypt(strSrc,  null ));
        System.out.println( " Use MD5: "   +  te.Encrypt(strSrc,  " MD5 " ));
        System.out.println( " Use SHA: "   +  te.Encrypt(strSrc,  " SHA-1 " ));
        System.out.println( " Use SHA-256: "   +  te.Encrypt(strSrc,  " SHA-256 " ));
    }
}

另外，在javawebparts中的 RequestHelpers里的generateGUID方法也涉及到了MD5的方法，代码如下:

public   static  String generateGUID(HttpServletRequest request) {

    String out  =   "" ;
     try  {
       //  Construct a string that is comprised of:
       //  Remote IP Address + Host IP Address + Date (yyyyMMdd) +
       //  Time (hhmmssSSa) + Requested Path + Session ID +
       //  HashCode Of ParameterMap
      StringBuffer sb  =   new  StringBuffer( 1024 );
      sb.append(request.getRemoteAddr());
      InetAddress ia  =  InetAddress.getLocalHost();
      sb.append(ia.getHostAddress());
      sb.append( new  SimpleDateFormat( " yyyyMMddhhmmssSSa " ).format( new  Date()));
      String path  =  request.getServletPath();
      String pathInfo  =  request.getPathInfo();
       if  (pathInfo  !=   null ) {
        path  +=  pathInfo;
      }
      sb.append(path);
      sb.append(request.getSession( false ));
      sb.append(request.getParameterMap().hashCode());
      String str  =  sb.toString();
       //  Now encode the string using an MD5 encryption algorithm.
      MessageDigest md  =  MessageDigest.getInstance( " md5 " );
      md.update(str.getBytes());
       byte [] digest  =  md.digest();
      StringBuffer hexStr  =   new  StringBuffer( 1024 );
       for  ( int  i  =   0 ; i  <  digest.length; i ++ ) {
        str  =  Integer.toHexString( 0xFF   &  digest[i]);
         if  (str.length()  <   2 ) {
          str  =   " 0 "   +  str;
        }
        hexStr.append(str);
      }
      out  =  hexStr.toString();
    }  catch  (NoSuchAlgorithmException nsae) {
      log.error(nsae);
    }  catch  (UnknownHostException uhe) {
      log.error(uhe);
    }
     //  Return the encrypted string.  It should be unique based on the
     //  components that comprise the plain text string, and should always be
     //  32 characters thanks to the MD5 algorithm.
     return  out;

  }  //  End generateGUID().

　　2）私钥加密：

　　消息摘要只能检查消息的完整性，但是单向的，对明文消息并不能加密，要加密明文的消息的话，就要使用其他的算法，要确保机密性，我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。

　　这种最好理解，使用对称算法。比如：A用一个密钥对一个文件加密，而B读取这个文件的话，则需要和A一样的密钥，双方共享一个私钥（而在web环境下，私钥在传递时容易被侦听）：

　 　使用私钥加密的话，首先需要一个密钥，可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥(java.security.Key), 然后传递给一个加密工具(javax.crypto.Cipher),该工具再使用相应的算法来进行加密，主要对称算法有：DES（实际密钥只用到56 位），AES（支持三种密钥长度：128、192、256位），通常首先128位，其他的还有DESede等，jdk1.5种也提供了对对称算法的支持， 以下例子使用AES算法来加密：

/**
*PrivateExmaple.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import  javax.crypto.Cipher;
import  javax.crypto.KeyGenerator;
import  java.security.Key;

/**
*私鈅加密，保证消息机密性
*/
public   class  PrivateExample{
　 public   static   void  main(String[] args)  throws  Exception{
　　 if (args.length != 1 ){
　　　System.err.println( " Usage:java PrivateExample <text> " );
　　　System.exit( 1 );
　　}
　　 byte [] plainText = args[ 0 ].getBytes( " UTF8 " );

　　 // 通过KeyGenerator形成一个key
　　System.out.println( " \nStart generate AES key " );
　　KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance( " AES " );
　　keyGen.init( 128 );
　　Key key = keyGen.generateKey();
　　System.out.println( " Finish generating DES key " );

　　 // 获得一个私鈅加密类Cipher，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法
　　Cipher cipher = Cipher.getInstance( " AES/ECB/PKCS5Padding " );
　　System.out.println( " \n " + cipher.getProvider().getInfo());

　　 // 使用私鈅加密
　　System.out.println( " \nStart encryption: " );
　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
　　 byte [] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
　　System.out.println( " Finish encryption: " );
　　System.out.println( new  String(cipherText, " UTF8 " ));

　　System.out.println( " \nStart decryption: " );
　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
　　 byte [] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText);
　　System.out.println( " Finish decryption: " );

　　System.out.println( new  String(newPlainText, " UTF8 " ));

　}
}

　　3）公钥加密：

　 　上面提到，私钥加密需要一个共享的密钥，那么如何传递密钥呢？web环境下，直接传递的话很容易被侦听到，幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对称 加密，不对称算法使用一对密钥对，一个公钥，一个私钥，使用公钥加密的数据，只有私钥能解开（可用于加密）；同时，使用私钥加密的数据，只有公钥能解开 （签名）。但是速度很慢（比私钥加密慢100到1000倍），公钥的主要算法有RSA，还包括Blowfish,Diffie-Helman等， jdk1.5种提供了对RSA的支持，是一个改进的地方：

/**
*PublicExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import  java.security.Key;
import  javax.crypto.Cipher;
import  java.security.KeyPairGenerator;
import  java.security.KeyPair;
/**
*一个简单的公鈅加密例子,Cipher类使用KeyPairGenerator生成的公鈅和私鈅
*/
public   class  PublicExample{
　 public   static   void  main(String[] args)  throws  Exception{
　　 if (args.length != 1 ){
　　　System.err.println( " Usage:java PublicExample <text> " );
　　　System.exit( 1 );
　　}

　　 byte [] plainText = args[ 0 ].getBytes( " UTF8 " );
　　 // 构成一个RSA密钥
　　System.out.println( " \nStart generating RSA key " );
　　KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance( " RSA " );
　　keyGen.initialize( 1024 );
　　KeyPair key = keyGen.generateKeyPair();
　　System.out.println( " Finish generating RSA key " );

　　 // 获得一个RSA的Cipher类，使用公鈅加密
　　Cipher cipher = Cipher.getInstance( " RSA/ECB/PKCS1Padding " );
　　System.out.println( " \n " + cipher.getProvider().getInfo());

　　System.out.println( " \nStart encryption " );
　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic());
　　 byte [] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
　　System.out.println( " Finish encryption: " );
　　System.out.println( new  String(cipherText, " UTF8 " ));

　　 // 使用私鈅解密
　　System.out.println( " \nStart decryption " );
　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate());
　　 byte [] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText);
　　System.out.println( " Finish decryption: " );
　　System.out.println( new  String(newPlainText, " UTF8 " ));
　}
}