Java加密和数字签名
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：
import java.security.MessageDigest;
publicclass MessageDigestExample {
publicstaticvoid main(String[] args) {
String source = "Java加密和数字签名";
String result = md5Encode(source);
System.out.println("MD5:" + result + ", length()=" + result.length());
result = sha1Encode(source);
System.out.println("SHA-1:" + result + ", length()=" + result.length());
}
publicstatic String md5Encode(String source) {
return encode(source, "MD5");
}
publicstatic String sha1Encode(String source) {
return encode(source, "SHA-1");
}
privatestatic String encode(String source, String digestName) {
if (source == null)
returnnull;
String result = null;
try {
byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8");
// 使用getInstance("算法")来获得消息摘要
MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(digestName);
// 开始使用算法
messageDigest.update(plainText);
// 输出算法运算结果
result = new String(messageDigest.digest(), "UTF8");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return result;
}
}
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。
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：
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
publicclass PrivateKeyExample {
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
String source = "abcdefghijk";
byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8");
// 通过KeyGenerator形成一个key
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(128);
Key key = keyGen.generateKey();
printKey(key);
byte[] result = encryption(plainText, key);
System.out.println("加密后数组大小：" + result.length);
System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result));
byte[] newText = decryption(result, key);
System.out.println("解密后字符串：" + new String(newText, "UTF-8"));
}
publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, Key key) throws Exception {
// 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");
// 使用私鈅加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
return cipherText;
}
publicstaticbyte[] decryption(byte[] source, Key key) throws Exception {
// 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");
// 使用私鈅加密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
byte[] result = cipher.doFinal(source);
return result;
}
privatestaticvoid printKey(Key key) throws UnsupportedEncodingException {
System.out.println("Algorithm:" + key.getAlgorithm());
byte[] bytes = key.getEncoded();
System.out.println("Encoded:" + Base64.encodeBytes(bytes));
}
}
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：
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import javax.crypto.Cipher;
publicclass PublicKeyExample {
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
String source = "abcdefghijk";
byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8");
// 生成密钥对
KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyGen.initialize(1024);
KeyPair key = keyGen.generateKeyPair();
byte[] result = encryption(plainText, key);
System.out.println("加密后数组大小：" + result.length);
System.out.println("加密后Base64字符串" + Base64.encodeBytes(result));
byte[] newText = decryption(result, key);
System.out.println("解密后字符串：" + new String(newText, "UTF-8"));
}
publicstaticbyte[] encryption(byte[] plainText, KeyPair keyPair)
throws Exception {
// 获得一个RSA的Cipher类，使用公鈅加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic());
byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
return cipherText;
}
publicstaticbyte[] decryption(byte[] cipherText, KeyPair keyPair)
throws Exception {
// 获得一个RSA的Cipher类，使用私钥解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.getPrivate());
byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText);
return newPlainText;
}
}
数字签名，它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。上面A通过使用公钥加密数据后发给B，B利用私钥解密就得到了需要的数据，问题来了，由于都是使用公钥加密，那么如何检验是A发过来的消息呢？上面也提到了一点，私钥是唯一的，那么A就可以利用A自己的私钥进行加密，然后B再利用A的公钥来解密，就可以了；数字签名的原理就基于此，而通常为了证明发送数据的真实性，通过利用消息摘要获得简短的消息内容，然后再利用私钥进行加密，散列数据和消息一起发送。
大致流程如下：
1. 甲方构建密钥对，将公钥公布给乙方，保留私钥。
2. 甲方使用私钥加密数据，然后用私钥对加密后的数据签名，发送给乙方签名以及加密后的数据。
3. 乙方使用公钥、签名来验证待解密数据是否有效，如果有效使用公钥对数据解密。
4. 乙方使用公钥加密数据，向甲方发送经过加密后的数据。
5. 甲方获得加密数据，通过私钥解密。
java中为数字签名提供了良好的支持，java.security.Signature类提供了消息签名：
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.Signature;
import java.security.SignatureException;
import javax.crypto.Cipher;
publicclass DigitalSignatureExample {
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
String source = "abcdefghijk";
byte[] plainText = source.getBytes("UTF-8");
System.out.println("原始字符串：" + source);
System.out.println("原始数据数组长度：" + plainText.length);
// 形成RSA公钥对
KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyGen.initialize(1024);
KeyPair key = keyGen.generateKeyPair();
/* 使用私钥加密 */
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key.getPrivate());
byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
// 使用私鈅签名
Signature sig = Signature.getInstance("SHA1WithRSA");
sig.initSign(key.getPrivate());
sig.update(cipherText);
byte[] signature = sig.sign();
System.out.println("签名数组长度：" + signature.length);
// 使用公钥进行验证
sig.initVerify(key.getPublic());
sig.update(cipherText);
try {
if (sig.verify(signature)) {
System.out.println("数字签名验证通过");
/* 使用公钥解密 */
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key.getPublic());
byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText);
System.out.println("解密后的字符串："
+ new String(newPlainText, "UTF-8"));
} else
System.out.println("数字签名验证失败");
} catch (SignatureException e) {
System.out.println("捕捉到异常，数字签名验证失败");
}
}
}