Java加密技术（二）——DES数据加密算法(和加IV向量版)

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）  

 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： 

 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： 

 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。 

例：

import javax.crypto.Cipher;  
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; 
/**
 * DES算法类
 * @author Povol
 */
public class DES {  
    public static String encrypt(String encryptString, String encryptKey) throws Exception {  
        SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(encryptKey.getBytes(), "DES");  
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");  
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);  
        byte[] encryptedData = cipher.doFinal(encryptString.getBytes());  
       
        return Base64.encode(encryptedData);  
    }  
    public static String decrypt(String decryptString, String decryptKey) throws Exception {  
        byte[] byteMi = Base64.decode(decryptString);  
        SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(decryptKey.getBytes(), "DES");  
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");  
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);  
        byte decryptedData[] = cipher.doFinal(byteMi);  
       
        return new String(decryptedData);  
    }  
}  

 密钥，长度必须是8位 。  ！！！   还可以是其他的位数吗  ？ 有实践过的给指导下谢谢 。。。

最近调整项目统一 php ios android 加密 修改 DES加密为 CBC分割模式 具体上代码 。

public class DES {

private static byte[] iv1 = { (byte) 0x12, (byte) 0x34, (byte) 0x56,
(byte) 0x78, (byte) 0x90, (byte) 0xAB, (byte) 0xCD, (byte) 0xEF };

public static String decrypt(String decryptString, String decryptKey)
throws Exception {
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(iv1);
SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(decryptKey.getBytes(), "DES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv);

return new String(cipher.doFinal(Base64.decode(decryptString)));
}

public static String encrypt1(String encryptString, String encryptKey)
throws Exception {
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(iv1);
DESKeySpec dks = new DESKeySpec(encryptKey.getBytes());
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey key = keyFactory.generateSecret(dks);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);

return Base64.encode(cipher.doFinal(encryptString.getBytes()));
}
}

网上解决方法

java.security.InvalidAlgorithmParameterException: ECB mode cannot use IV

ECB是什么呢？我的代码完全没有写ECB什么的

又上网搜索，结果把DES的来龙去脉都搞清楚了

http://www.tropsoft.com/strongenc/des.htm

ECB是其中一种字串分割方式，除了DES以外，其他加密方式也会使用这种分割方式的，而Java默认产生的DES算法就是用ECB方法，ECB不需要向量，当然也就不支持向量了

除了ECB，DES还支持CBC、CFB、OFB，而3DES只支持ECB和CBC两种

http://www.tropsoft.com/strongenc/des3.htm

CBC支持并且必须有向量，具体算法这里就不说了。合作商给的.net代码没有声明CBC模式，似乎是.net默认的方式就是CBC的

于是把模式改成CBC

Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/CBC/PKCS5Padding");

成功运行了

后话：

搜索的过程中，找到一个不错的讨论

http://www.lslnet.com/linux/dosc1/21/linux-197579.htm
在CBC（不光是DES算法）模式下，iv通过随机数（或伪随机）机制产生是一种比较常见的方法。iv的作用主要是用于产生密文的第一个block，以使最终生成的密文产生差异（明文相同的情况下），使密码攻击变得更为困难，除此之外iv并无其它用途。因此iv通过随机方式产生是一种十分简便、有效的途径。此外，在IPsec中采用了DES-CBC作为缺省的加密方式，其使用的iv是通讯包的时间戳。从原理上来说，这与随机数机制并无二致。

看来，向量的作用其实就是salt

最大的好处是，可以令到即使相同的明文，相同的密钥，能产生不同的密文

例如，我们用DES方式在数据保存用户密码的时候，可以另外增加一列，把向量同时保存下来，并且每次用不同的向量。这样的好处是，即使两个用户的密码是一样的，数据库保存的密文，也会不一样，就能降低猜测的可能性。