Java：使用JDK中的安全包对数据进行加解密

Java：使用JDK中的安全包对数据进行加解密

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本文以使用DES对称加密算法为例使用jdk对数据进行加密解密。

首先需要了解Provider类，它是jdk引入的密码服务提供者概念，实现了Java安全性的一部分或者全部。Provider 可能实现的服务包括： 
算法（如DES、RSA、MD5）；密钥的生成、转换和管理。 
通常java运行时环境至少安装了一个名字为“SUN”的预设Provider，如果查看本机支持的Provider类型可以通过以下代码：

for(Provider p : Security.getProviders()){
    System.out.println(p.getName()+"："+p.getInfo());
}

我本机运行结果为：

SUN：SUN (DSA key/parameter generation; DSA signing; SHA-1, MD5 digests; SecureRandom; X.509 certificates; JKS keystore; PKIX CertPathValidator; PKIX CertPathBuilder; LDAP, Collection CertStores, JavaPolicy Policy; JavaLoginConfig Configuration)
SunRsaSign：Sun RSA signature provider
SunJSSE：Sun JSSE provider(PKCS12, SunX509 key/trust factories, SSLv3, TLSv1)
SunJCE：SunJCE Provider (implements RSA, DES, Triple DES, AES, Blowfish, ARCFOUR, RC2, PBE, Diffie-Hellman, HMAC)
SunJGSS：Sun (Kerberos v5, SPNEGO)
SunSASL：Sun SASL provider(implements client mechanisms for: DIGEST-MD5, GSSAPI, EXTERNAL, PLAIN, CRAM-MD5; server mechanisms for: DIGEST-MD5, GSSAPI, CRAM-MD5)
XMLDSig：XMLDSig (DOM XMLSignatureFactory; DOM KeyInfoFactory)
SunPCSC：Sun PC/SC provider
SunMSCAPI：Sun's Microsoft Crypto API provider

从结果中可以看到名称为“SunJCE”的Provider提供DES、Triple DES（即3DES）, AES、RSA、Diffie-Hellman等算法的实现，下面使用此Provider完成对称加密。

KeyGenerator类提供（对称）密钥生成器的功能，使用getInstance 类方法构造，代码如下：

KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DES","SunJCE");

SecretKey类是对称密钥的封装类，它不包含方法或常量，其唯一目的是分组对称密钥（并为其提供类型安全），从kg中获取 

SecretKey key = kg.generateKey();

以上是产生密钥的过程，真正实现对数据加解密功能的类是Cipher，此类为加密和解密提供密码功能，它构成了 Java Cryptographic Extension (JCE) 框架的核心。
为创建 Cipher 对象，应用程序调用 Cipher 的 getInstance 方法并将所请求“转换”的名称传递给它，还可以指定Provider的名称，本文中采用“SunJCE”。
“转换”是一个字符串，它描述为产生某种输出而在给定的输入上执行的操作（或一组操作）。转换始终包括加密算法的名称（例如，DES），后面可能跟有一个反馈模式和填充方案（反馈模式和填充方案可以理解为 加密前对数据的预处理）
“转换”具有以下两种形式：“算法/模式/填充”或“算法”（这种情况，使用模式和填充方案特定于Provider的默认值）。本例中采用以下有效的转换：

Cipher c = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding","SunJCE");//DES加密算法，CBC的反馈模式，PKCS5Padding的填充方案

使用CBC反馈模式需要一个初始化向量，由类IvParameterSpec来完成，它需要是一个长度为8的byte数组。

Cipher的init方法负责初始化，初始化需要指定模式和密钥，密钥本文采用上面已经生成的key，模式有四种ENCRYPT_MODE、DECRYPT_MODE、WRAP_MODE、UNWRAP_MODE分别表示加密、解密、密钥包装或密钥解包。
如果加密则采用方法init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key)；
如果解密则采用方法init(Cipher.DECRYPT_MODE, key)；
WRAP_MODE、UNWRAP_MODE模式是用来实现数字信封用的，本文不作介绍。
通常对数据进行加解密，使用方法doFinal(byte[] input)，传入参数是byte数组。
为了在http协议下快速传输数据，且某些系统中只能使用ASCII字符，通常采用Base64编码。Base64就是用来将非ASCII字符的数据转换成ASCII字符的一种方法。还可以提高可视性。

通过以上分析可以得到以下代码： 

import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class SecurityTest {

    //密钥生成器
    private KeyGenerator kg;

    //对称密钥
    private SecretKey key;

    //加解密时的初始化向量must be 8 bytes long
    private IvParameterSpec iv;

    //Cipher,加解密主体实例
    private Cipher c;

    //该构造方法初始化DES密钥和Cipher
    public SecurityTest() throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchProviderException, NoSuchPaddingException, UnsupportedEncodingException{
        kg = KeyGenerator.getInstance("DES","SunJCE");
        key = kg.generateKey();
        iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes("UTF-8"));
        c = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding","SunJCE");//DES加密算法，CBC的反馈模式，PKCS5Padding的填充方案 ，SunJCE：Provider
    }

    /**
     * DES加密
     */
    public String encrypt(String src) throws InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException{
        //初始化-- ENCRYPT_MODE：加密模式， key：密钥，iv：初始化向量
        c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);
        byte[] srcByte = src.getBytes();
        //加密
        byte[] targetByte = c.doFinal(srcByte);
        //Base64编码
        String targetString = new BASE64Encoder().encode(targetByte);
        return targetString;
    }

    /**
     * DES解密
     */
    public String decrypt(String srcString) throws InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, IOException, InvalidAlgorithmParameterException {
        //初始化-- DECRYPT_MODE：解密模式， key：密钥，iv：初始化向量
        c.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv);
        //Base64解码
        byte[] srcByte = new BASE64Decoder().decodeBuffer(srcString);
        //解密
        byte[] targetByte = c.doFinal(srcByte);
        return new String(targetByte);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SecurityTest test = new SecurityTest();
        String src = "使用JKD进行加解密--DES算法测试！__小印";
        System.out.println("原文:" + src);
        String secret = test.encrypt(src);
        System.out.println("密文:" + secret);
        String target = test.decrypt(secret);
        System.out.println("解密得到原文:" + target);
    }

我本机运行结果为：

原文:使用JKD进行加解密--DES算法测试！__小印
密文:P8Xi4Jfvq9Eus0c1OTE32wK60rjHwPxZ8tRiElxOd5m69+vI37IGtw==
解密得到原文:使用JKD进行加解密--DES算法测试！__小印

注意：本文采用的是随机密钥，所以每次运行得到的密文是不一样的，jdk也提供自定义的密钥 ^_^