非对称加密算法-ElGamal算法
一.非对称算法介绍：
非对称加密算法（asymmetric cryptographic algorithm）又名“公开密钥加密算法”，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。
二.工作原理：
要向B发送信息，A和B都要产生一对用于加密和解密的公钥和私钥。
的私钥保密，A的公钥告诉B；B的私钥保密，B的公钥告诉A。
要给B发送信息时，A用B的公钥加密信息，因为A知道B的公钥。
将这个消息发给B（已经用B的公钥加密消息）。
收到这个消息后，B用自己的私钥解密A的消息。其他所有收到这个报文的人都无法解密，因为只有B才有B的私钥。
三.ElGamal算法介绍：
ElGamal算法既能用于数据加密也能用于数字签名，其安全性依赖于计算有限域上离散对数这一难题。
ElGamal用于加密。被加密信息为M，首先选择一个随机数k，k与 p - 1互质，计算
a = g^k ( mod p )
b = y^k M ( mod p )
( a, b )为密文，是明文的两倍长。
解密时计算M = b / a^x ( mod p )
ElGamal签名的安全性依赖于乘法群(IFp)* 上的离散对数计算。素数p必须足够大，且p-1至少包含一个大素数。
1、ElGamal算法和ECC算法基于离散对数问题
2、这个是一个单向的过程。虽然密钥对构造简单，但是只是乙方向另外一方单向传送数据进行加解密，不能发向操作
3、这里只有“公钥加密、私钥解密”这个过程
4、ElGamal不足之处就是 密文会成倍增长
5、ElGamal和RSA最大不同就是他们构造密钥对的方式不同。还有就是是否为双向加解密
四.模型分析：
以甲方向乙方发送数据为模型
1、甲方构造密钥对（公钥+私钥），公布公钥给乙方
2、这里甲方没法给乙方发送数据了，只有乙方能给甲方传送数据
3、乙方用公钥对数据进行加密，传送给甲方，甲方用私钥对数据进行解密
五.代码实现：
package com.ca.test;
import java.security.AlgorithmParameterGenerator;
import java.security.AlgorithmParameters;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
/**
* 非对称加密算法ElGamal算法组件
* 非对称算法一般是用来传送对称加密算法的密钥来使用的。相对于RSA算法，这个算法只支持私钥加密公钥解密
* @author kongqz
* */
public class ElGamalCoder {
//非对称密钥算法
public static final String KEY_ALGORITHM="ElGamal";
/**
* 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024
* 密钥长度必须是8的倍数，在160到16384位之间
* */
private static final int KEY_SIZE=256;
//公钥
private static final String PUBLIC_KEY="ElGamalPublicKey";
//私钥
private static final String PRIVATE_KEY="ElGamalPrivateKey";
/**
* 初始化密钥对
* @return Map 甲方密钥的Map
* */
public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{
//加入对BouncyCastle支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
AlgorithmParameterGenerator apg=AlgorithmParameterGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化参数生成器
apg.init(KEY_SIZE);
//生成算法参数
AlgorithmParameters params=apg.generateParameters();
//构建参数材料
DHParameterSpec elParams=(DHParameterSpec)params.getParameterSpec(DHParameterSpec.class);
//实例化密钥生成器
KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM) ;
//初始化密钥对生成器
kpg.initialize(elParams,new SecureRandom());
KeyPair keyPair=kpg.generateKeyPair();
//甲方公钥
PublicKey publicKey= keyPair.getPublic();
//甲方私钥
PrivateKey privateKey= keyPair.getPrivate();
//将密钥存储在map中
Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
/**
* 公钥加密
* @param data待加密数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 加密数据
* */
public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
//实例化密钥工厂
KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//初始化公钥
//密钥材料转换
X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);
//产生公钥
PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
//数据加密
Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 私钥解密
* @param data 待解密数据
* @param key 密钥
* @return byte[] 解密数据
* */
public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
//取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(key);
KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
//生成私钥
PrivateKey privateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
//数据解密
Cipher cipher=Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 取得私钥
* @param keyMap 密钥map
* @return byte[] 私钥
* */
public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){
Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return key.getEncoded();
}
/**
* 取得公钥
* @param keyMap 密钥map
* @return byte[] 公钥
* */
public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{
Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return key.getEncoded();
}
/**
* @param args
* @throws Exception
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
//初始化密钥
//生成密钥对
Map<String,Object> keyMap=ElGamalCoder.initKey();
//公钥
byte[] publicKey=ElGamalCoder.getPublicKey(keyMap);
//私钥
byte[] privateKey=ElGamalCoder.getPrivateKey(keyMap);
System.out.println("公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey));
System.out.println("私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey));
System.out.println("================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============");
String str="ElGamal密码交换算法";
System.out.println("/n===========甲方向乙方发送加密数据==============");
System.out.println("原文:"+str);
//乙方使用公钥对数据进行加密
byte[] code2=ElGamalCoder.encryptByPublicKey(str.getBytes(), publicKey);
System.out.println("===========乙方使用公钥对数据进行加密==============");
System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2));
//甲方使用私钥对数据进行解密
byte[] decode2=ElGamalCoder.decryptByPrivateKey(code2, privateKey);
System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2));
}
}
控制台输出：
公钥：
MHgwUAYGKw4HAgEBMEYCIQD0uq+9qH/RFRMgdsbGP9scyNhsDF51I40kDUGYfDs9LwIhAMxG0VQV
ZBaqTMZzLeFGYO2SBQX2UMAnuiBzLhKEcPh1AyQAAiEA2eL2mHUbsm/3p9wNRLSaikuOmkRoIbbp
Ltvj8Lok3OE=
私钥：
MHkCAQAwUAYGKw4HAgEBMEYCIQD0uq+9qH/RFRMgdsbGP9scyNhsDF51I40kDUGYfDs9LwIhAMxG
0VQVZBaqTMZzLeFGYO2SBQX2UMAnuiBzLhKEcPh1BCICIHkLWWt3E212XnDAMZonNEE4tDbDtkVV
9GOHK/rBjAQi
================密钥对构造完毕,甲方将公钥公布给乙方，开始进行加密数据的传输=============
===========甲方向乙方发送加密数据==============
原文:ElGamal密码交换算法
===========乙方使用公钥对数据进行加密==============
加密后的数据：d9HzNTy1AnEk9c7f6cUs7B6QRbHnMSd3666pfqlffC+ziJj0jYCcmV4Jso8eU1gTs57z8pjJB23j
mCB1A8uFjw==
甲方解密后的数据：ElGamal密码交换算法
六.总结：
1、这个是一个单向传递数据的过程，这个和RSA不同，RSA的公钥私钥都可以用来做加解密数据的
2、这里java6不支持ElGamal算法，BouncyCastle支持这个算法
3、这里的公钥私钥长度几乎一致
4、这里只有“公钥加密、私钥解密”这一个原则