Java加密和数字签名编程

一、密码学上常用的概念
1）消息摘要：
   简称hash算法，是一种不可逆的算法。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;
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");
   //开始使用算法
　　messageDigest.update(plainText);
　　//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。

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，所以在网络上基本不使用。
   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 javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import java.security.Key;

public class PrivateExample{
　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　if(args.length!=1){
　　　System.err.println("Usage:java PrivateExample ");
　　　System.exit(1);
　　}
　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

　　//通过KeyGenerator形成一个key
　　KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("AES");
　　keyGen.init(128);
　　Key key=keyGen.generateKey();

　　//获得一个加密类Cipher，AES是算法，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法
　　Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
　　
    //使用私钥加密
　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
　　byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);
   //使用私钥解密
　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
　　byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
  }
}

3）公钥加密：
   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,jdk1.4需要引入包，见附录1
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyPair;

public class PublicExample{
　public static void main(String[] args) throws Exception{
　　if(args.length!=1){
　　　System.err.println("Usage:java PublicExample ");
　　　System.exit(1);
　　}

　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");
　　//构成一个RSA密钥
　　KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
　　keyGen.initialize(1024);
　　KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();
　　
    Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
　  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic());
　　byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);

　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate());
　　byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
　}
}

4）用证书进行数字签名：

　　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。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.Signature;
import java.security.KeyStore;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.cert.X509Certificate;
import java.util.Enumeration;
import java.io.FileInputStream;
import java.security.SignatureException;

public class DigitalSignature2Example{
　public static void main(String[] args) throws Exception{

   String oriString = "helloWorld";
   String certPath  = "c:\\certs\\signCert.p12";
   String password = "1234";
   //get keyStore
   KeyStore ks = KeyStore.getInstance("PKCS12");
   FileInputStream fis = new FileInputStream(certPath);
   char[] nPassword = password.toCharArray();
   ks.load(fis, nPassword);
   fis.close();

   //get alias
   Enumeration aliasenum = ks.aliases();
   String keyAlias = null;
   if (aliasenum.hasMoreElements()){
       keyAlias = (String) aliasenum.nextElement();
   }

   //get cert
   X509Certificate cert = (X509Certificate) ks.getCertificate(keyAlias);
   //get public key
   PublicKey pubKey = cert.getPublicKey();
   //get private key
   PrivateKey priKey = (PrivateKey) ks.getKey(keyAlias,password.toCharArray());

   //使用私钥签名
　　Signature sig=Signature.getInstance("SHA1WithRSA");
　　sig.initSign(priKey);
　　sig.update(oriString);
　　byte[] signature=sig.sign();
  
   //使用公钥验证
     sig.initVerify(pubKey);
    sig.update(oriString.getBytes());
    sig.verify(signature);

}

5)用数字证书进行加密
  数字证书里面的公钥可以用来加密，私钥用来解密
//前面略

//enc data
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
byte[] encrypted = cipher.doFinal(oriString.getBytes());
//dec data
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);
byte[] decrypted = cipher.doFinal(encrypted);
System.out.println(new String(decrypted));



附录1:让jdk1.4.2支持RSA算法:
     将bcprov-jdk14-125.jar拷贝到java_home\jre\lib\ext下，然后在
      java_home\jre\lib\security下面的找到java.secuity.编辑加入
      security.provider.n = org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider
     n为最后一个参数+1，看各自机器环境是多少。
    [/align][/align]