初等数据加密--对称加密算法

淩亂°似流年 2022-02-20 04:00 290阅读 0赞

对称加密算法的核心：加密和解密操作使用同一套密钥。

**分类：**

根据加密方式又分为密码和分组密码，其分组密码工作模式又可分为ECB、CBC、CFB、OFB和CTR等，密钥长度决定了加密算法的安全性。

常用的对称加密算法有:  
DES系列、AES、RC系列、Blowfish、Twofish、Serpent、IDEA和PBE等对称加密算法

DES算法最具代表性，堪称典范；DESede是DES算法的变种；AES算法则作为DES算法的替代者；而IDEA算法作为一种强加密算法，称为电子邮件加密软件RGP的核心算法之一。

DES和DESede算法在使用密钥和其他稍有不同DES和DESede算法在使用密钥材料还原密钥时使用(DES对应DESKeySpec,DESede算法对应DESedeKeySpec类)。AES和其他算法都使用SecretKeySpec类完成相应的转换操作。

# DES–数据加密标准 #

DES算法实对称加密算法领域中典型算法，为后续对称加密算法的发展奠定了坚实的基础（56位）。DESede算法基于DES算法进行三重迭代，增加了算法的安全性。

DES算法由java6(56位)和BouncyCastle实现(64位),在此基础上配合不同的填充方式（如PKCS55Padding,PKCS7Padding），可显著提高加密系统的安全性。

//DES工具类
    import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
    
    import javax.crypto.Cipher;
    import javax.crypto.KeyGenerator;
    import javax.crypto.SecretKey;
    import javax.crypto.SecretKeyFactory;
    import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
    import java.security.Key;
    import java.security.Security;
    
    public class DESUtils { 
    
        /** * 密钥算法 */
        public static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
    
        /** * 加密/加密算法/工作模式/填充模式 */
        public static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5PADDING";
    
        /** * 将二进制密钥转换为秘密密钥对象 * @param key * @return * @throws Exception */
        private static Key toKey(byte[] key) throws Exception { 
            //实例化DES密钥材料
            DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(key);
            //实例化密钥工厂
            SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            //生成私密密钥
            return secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        }
    
        /** * 解密 * @param data * @param key * @return * @throws Exception */
        public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception { 
            Key k = toKey(key);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_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,byte[] key) throws Exception { 
            //还原密钥
            Key k = toKey(key);
           //实例化
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
            //初始化，设置加密模式
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,k);
            return cipher.doFinal(data);
        }
    
        /** * 生成密钥 * @return * @throws Exception */
        public static byte[] initKey() throws Exception { 
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
            keyGenerator.init(64);
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            return secretKey.getEncoded();
        }
    }
    
    //DES测试类
    @Test
    public void test() { 
        try { 
            byte[] data = "会怎么样呢?".getBytes("utf-8");
            //生成密钥
            byte[] key = DESUtils.initKey();
            //加密
            byte[] bytes = DESUtils.encrypt(data,key);
            System.out.println("加密："+new BigInteger(bytes));
            //解密
            byte[] bytes1 = DESUtils.decrypt(bytes,key);
            System.out.println("解密："+new String(bytes1,"utf-8"));
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace();
        }    
    }
    
    //打印结果
    加密：-1100473784962504731447064259470495646532757876964500977603
    解密：会怎么样呢?

## 三重DES–DESede（112位/168位） ##

DES算法的三个安全隐患：密钥太短、迭代偏少和半公开性。

做为DES算法的一种改良，DESede算法针对其密钥长度偏短和迭代次数偏少等问题做了相应改进，提高了安全强度。但是该算法处理速度慢，密钥计算时间较长，加密效率不高等问题。

//生成密钥
    Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("DESede");
    kg.init(192);
    SecretKey sk = kg.generateKey();
    byte[] bytes = sk.getEncode();
    
    //还原密钥
    DESedeSpec dks = new DESedeSpec(bytes);
    SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance(kg.getAlgorithm());
    Key key = skf.generateSecret(dks);
    
    //生成加密对象
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
    
    //加密
    byte[] data = "DESede".getBytes("utf-8");
    byte[] result = cipher.doFinal(data);
    
    //解密
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.Cipher.DECRYPT_MODE,key);
    System.out.println(new String(cipher.doFinal(result),"utf-8")); //输出结果DESede

# AES–高级数据加密标准 #

AES算法因密钥建立时间短、灵敏性好，内存需求低等优点，在各个领域得到广泛的研究与应用。常用于通用移动通信系统。

//生成密钥
    KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES");
    kg.init(256);
    SecretKey sk = kg.generateKey();
    byte[] bytes = sk.getEncode();
    
    //还原密钥
    SecretKey sk = new SecretKeySpec(bytes,"AES");
    
    //生成加密对象
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
    
    //加密
    byte[] data = "AES".getBytes("utf-8");
    byte[] result = cipher.doFinal(data);
    
    //解密
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.Cipher.DECRYPT_MODE,key);
    System.out.println(new String(cipher.doFinal(result),"utf-8")); //输出结果AES

IDEA实现方式可以参考AES，(分组加密算法，长度为128，数据块大小为64位)的填充方式为(ISO10126Padding)

PBE算法是一种基于口令的加密算法，其特点在于口令由用户自己掌握，采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。其实现代码如下

//生成密钥
    KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES");
    kg.init(128);
    SecretKey sk = kg.generateKey();
    //实例化安全随机数
    SecureRandom random = new SecureRandom();
    //产出盐
    byte[] b = random.generateSeed(8);
    //密钥材料转换
    PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
    //实例化PBE参数材料
    PBEParametserSpec paramSpec = new PBEParametserSpec(salt,2);
    //实例化加密对象
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBE");
    cipher.init(Cipher.Cipher.ENCRYPT_MODE,sk,paramSpec);
    //加密
    byte[] bytes = cipher.doFinal("PBE".getBytes());
    
    //解密
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBE");
    cipher.init(Cipher.Cipher.DECRYPT_MODE,sk,paramSpec);
    System.out.println(new String(cipher.doFinal(bytes),"utf-8")); //输出PBE