【人人都懂密码学】一篇最易懂的Java密码学入门教程（中）
【摘要】 密码与我们的生活息息相关，远到国家机密，近到个人账户，我们每天都在跟密码打交道：那么，密码从何而来？生活中常见的加密是怎么实现的？怎么保证个人信息安全？
2.2.4 获取文件消息摘要
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.security.MessageDigest;
/**
* DigestDemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-11
* @Description:
*/
public class DigestDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
String input = "aa";
String algorithm = "MD5";
// sha1 可以实现秒传功能
String sha1 = getDigestFile("C:\\Users\\cwx970190\\Documents\\apache-tomcat-9.0.38.zip", "SHA-1");
System.out.println(sha1);
String sha512 = getDigestFile("C:\\Users\\cwx970190\\Documents\\apache-tomcat-9.0.38.zip", "SHA-512");
System.out.println(sha512);
// String md5 = getDigest("aa", "MD5");
// System.out.println(md5);
//
// String md51 = getDigest("aa ", "MD5");
// System.out.println(md51);
}
private static String getDigestFile(String filePath, String algorithm) throws Exception{
FileInputStream fis = new FileInputStream(filePath);
int len;
byte[] buffer = new byte[1024];
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
while ( (len = fis.read(buffer))!=-1){
baos.write(buffer,0,len);
}
// 获取消息摘要对象
MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
// 获取消息摘要
byte[] digest = messageDigest.digest(baos.toByteArray());
System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
return toHex(digest);
}
private static String getDigest(String input, String algorithm) throws Exception{
MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
byte[] digest = messageDigest.digest(input.getBytes());
System.out.println("密文的字节长度："+digest.length);
return toHex(digest);
}
private static String toHex(byte[] digest) {
// System.out.println(new String(digest));
// 消息摘要进行表示的时候，是用16进制进行表示
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : digest) {
// 转成16进制
String s = Integer.toHexString(b & 0xff);
// 保持数据的完整性，前面不够的用0补齐
if (s.length()==1){
s="0"+s;
}
sb.append(s);
}
System.out.println("16进制数据的长度:"+ sb.toString().getBytes().length);
return sb.toString();
}
}
运行结果：
查看官网上的sha512加密结果，发现一致：
使用 sha-1 算法，可以实现秒传功能，只要是同一文件的加密，不管如何修改文件的名字，最后得到的值是一样的，具体可以自己测试。
不过，如果原文不一样，例如，下图上面的原文多两个空格：
运行后：
总结
• MD5算法 : 摘要结果16个字节, 转16进制后32个字节
• SHA1算法 : 摘要结果20个字节, 转16进制后40个字节
• SHA256算法 : 摘要结果32个字节, 转16进制后64个字节
• SHA512算法 : 摘要结果64个字节, 转16进制后128个字节
________________________________________
2.3 非对称加密
________________________________________
简介：
① 非对称加密算法又称现代加密算法。
② 非对称加密是计算机通信安全的基石，保证了加密数据不会被破解。
③ 与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥(publickey) 和私有密(privatekey)
④ 公开密钥和私有密钥是一对
⑤ 如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密。
⑥ 如果用私有密钥对数据进行加密，只有用对应的公开密钥才能解密。
⑦ 因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。
示例
首先生成密钥对, 公钥为(5,14), 私钥为(11,14)
现在A希望将原文2发送给B
A使用公钥加密数据. 2的5次方mod 14 = 4 , 将密文4发送给B
B使用私钥解密数据. 4的11次方mod14 = 2, 得到原文2
特点
• 加密和解密使用不同的密钥
• 如果使用私钥加密, 只能使用公钥解密
• 如果使用公钥加密, 只能使用私钥解密
• 处理数据的速度较慢, 因为安全级别高
常见算法
RSA
ECC
2.3.1 生成公钥和私钥
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
/**
* RSAdemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-12
* @Description:
*/
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
// 创建密钥对生成器对象
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 生成密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 生成私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 生成公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥字节数组
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 获取公钥字节数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
// 对公私钥进行base64编码
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
// 打印私钥
System.out.println(privateKeyString);
// 打印公钥
System.out.println(publicKeyString);
}
}
运行程序，先打印私钥，再打印公钥：
2.3.2 私钥加密
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
/**
* RSAdemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-12
* @Description:
*/
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String input = "华为";
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
// 创建密钥对生成器对象
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 生成密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 生成私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 生成公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥字节数组
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 获取公钥字节数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
// 对公私钥进行base64编码
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 初始化加密
// 第一个参数:加密的模式
// 第二个参数：使用私钥进行加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
// 私钥加密
byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
System.out.println(Base64.encode(bytes));
}
}
运行程序：
2.3.4 私钥加密私钥解密
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String input = "华为";
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
// 创建密钥对生成器对象
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 生成密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 生成私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 生成公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥字节数组
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 获取公钥字节数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
// 对公私钥进行base64编码
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 初始化加密
// 第一个参数:加密的模式
// 第二个参数：使用私钥进行加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
// 私钥加密
byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
System.out.println(Base64.encode(bytes));
// 私钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);
// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(bytes);
System.out.println(new String(bytes1));
}
}
运行结果error，因为私钥加密，只能公钥解密：
2.3.4 私钥加密公钥解密
修改2.3.3中的代码
// 公钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,publicKey);
再次运行
2.3.5 公钥加密和公钥解密
一样会报错
2.3.6 保存公私钥
有些情况下需要把加密和解密的方法全部到本地的根目录下面：
/*
* Copyright (c) Huawei Technologies Co., Ltd. 2020-2020. All rights reserved.
*/
package com.huawei.it.jalor.boot.test;
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import javax.crypto.Cipher;
import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.Key;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
/**
* RSAdemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-12
* @Description:
*/
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String input = "硅谷";
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
//生成密钥对并保存在本地文件中
generateKeyToFile(algorithm, "a.pub", "a.pri");
//加密
// String s = encryptRSA(algorithm, privateKey, input);
// 解密
// String s1 = decryptRSA(algorithm, publicKey, s);
// System.out.println(s1);
}
/**
* 生成密钥对并保存在本地文件中
*
* @param algorithm : 算法
* @param pubPath : 公钥保存路径
* @param priPath : 私钥保存路径
* @throws Exception
*/
private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {
// 获取密钥对生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 获取密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 获取公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 获取byte数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 进行Base64编码
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
// 保存文件
FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
}
/**
* 解密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param encrypted : 密文
* @param key : 密钥
* @return : 原文
* @throws Exception
*/
public static String decryptRSA(String algorithm,Key key,String encrypted) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 私钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
// 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码
byte[] decode = Base64.decode(encrypted);
// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);
System.out.println(new String(bytes1));
return new String(bytes1);
}
/**
* 使用密钥加密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param input : 原文
* @param key : 密钥
* @return : 密文
* @throws Exception
*/
public static String encryptRSA(String algorithm,Key key,String input) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 初始化加密
// 第一个参数:加密的模式
// 第二个参数：使用私钥进行加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
// 私钥加密
byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
// 对密文进行Base64编码
System.out.println(Base64.encode(bytes));
return Base64.encode(bytes);
}
}
运行程序后，本地多了两个文件，打开：
2.3.7 读取私钥
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
/**
* RSAdemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-12
* @Description:
*/
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String input = "硅谷";
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
PrivateKey privateKey = getPrivateKey("a.pri", algorithm);
}
public static PrivateKey getPrivateKey(String priPath,String algorithm) throws Exception{
// 将文件内容转为字符串
String privateKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(priPath), Charset.defaultCharset());
// 获取密钥工厂
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
// 构建密钥规范 进行Base64解码
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateKeyString));
// 生成私钥
return keyFactory.generatePrivate(spec);
}
/**
* 生成密钥对并保存在本地文件中
*
* @param algorithm : 算法
* @param pubPath : 公钥保存路径
* @param priPath : 私钥保存路径
* @throws Exception
*/
private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {
// 获取密钥对生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 获取密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 获取公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 获取byte数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 进行Base64编码
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
// 保存文件
FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
}
/**
* 解密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param encrypted : 密文
* @param key : 密钥
* @return : 原文
* @throws Exception
*/
public static String decryptRSA(String algorithm,Key key,String encrypted) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 私钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
// 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码
byte[] decode = Base64.decode(encrypted);
// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);
System.out.println(new String(bytes1));
return new String(bytes1);
}
/**
* 使用密钥加密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param input : 原文
* @param key : 密钥
* @return : 密文
* @throws Exception
*/
public static String encryptRSA(String algorithm,Key key,String input) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 初始化加密
// 第一个参数:加密的模式
// 第二个参数：使用私钥进行加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
// 私钥加密
byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
// 对密文进行Base64编码
System.out.println(Base64.encode(bytes));
return Base64.encode(bytes);
}
}
2.3.8 读取公钥
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.File;
import java.nio.charset.Charset;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
/**
* RSAdemo
*
* @Author: 陈志强
* @CreateTime: 2020-10-12
* @Description:
*/
public class RSAdemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String input = "硅谷";
// 加密算法
String algorithm = "RSA";
PrivateKey privateKey = getPrivateKey("a.pri", algorithm);
PublicKey publicKey = getPublicKey("a.pub", algorithm);
String s = encryptRSA(algorithm, privateKey, input);
String s1 = decryptRSA(algorithm, publicKey, s);
System.out.println(s);
System.out.println(s1);
}
public static PublicKey getPublicKey(String pulickPath,String algorithm) throws Exception{
// 将文件内容转为字符串
String publicKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(pulickPath), Charset.defaultCharset());
// 获取密钥工厂
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
// 构建密钥规范 进行Base64解码
X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(publicKeyString));
// 生成公钥
return keyFactory.generatePublic(spec);
}
public static PrivateKey getPrivateKey(String priPath,String algorithm) throws Exception{
// 将文件内容转为字符串
String privateKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(priPath), Charset.defaultCharset());
// 获取密钥工厂
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
// 构建密钥规范 进行Base64解码
PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateKeyString));
// 生成私钥
return keyFactory.generatePrivate(spec);
}
/**
* 生成密钥对并保存在本地文件中
*
* @param algorithm : 算法
* @param pubPath : 公钥保存路径
* @param priPath : 私钥保存路径
* @throws Exception
*/
public static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {
// 获取密钥对生成器
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
// 获取密钥对
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 获取公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 获取私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 获取byte数组
byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
// 进行Base64编码
String publicKeyString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
String privateKeyString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
// 保存文件
FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
}
/**
* 解密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param encrypted : 密文
* @param key : 密钥
* @return : 原文
* @throws Exception
*/
public static String decryptRSA(String algorithm,Key key,String encrypted) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 私钥进行解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
// 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码
byte[] decode = Base64.decode(encrypted);
// 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);
return new String(bytes1);
}
/**
* 使用密钥加密数据
*
* @param algorithm : 算法
* @param input : 原文
* @param key : 密钥
* @return : 密文
* @throws Exception
*/
public static String encryptRSA(String algorithm,Key key,String input) throws Exception{
// 创建加密对象
// 参数表示加密算法
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
// 初始化加密
// 第一个参数:加密的模式
// 第二个参数：使用私钥进行加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
// 私钥加密
byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
// 对密文进行Base64编码
return Base64.encode(bytes);
}
}
运行程序
________________________________________
2.4 数字签名
________________________________________
我们经常会用到数字签名，只是大家平时不太注意，比如我们访问银行 ，证券公司，基金公司，金融类的公司网站全部都是 https 协议，如果是 https 协议，那么都需要有一个证书。签名可以用来验证网络传输数据的时候，数据是否被人篡改。
签名的作用简单来说就是证明某个文件上的内容确实是我写的，别人不能冒充我的签名（不可伪造），我也不能否认上面的签名是我的（不可抵赖）。
我们知道，手写签名之所以不能伪造，是因为每一个人的笔迹都是独一无二的，即使模仿，也可以通过专家鉴定分别出来。而不可抵赖，是因为每个人的笔迹都有固定特征，这些特征是很难摆脱的。
正是这两点特性使得手写签名在日常生活中被广泛承认，比如签合同、借条等等。
数字签名的要求是，只有我自己能签我的名字，其他人能验证我的签名，但是不能伪造我的签名。
2.4.1 网页加密
我们看一个应用“数字证书”的实例：https协议。这个协议主要用于网页加密
首先，客户端向服务器发出加密请求。
服务器用自己的私钥加密网页以后，连同本身的数字证书，一起发送给客户端。
客户端（浏览器）的“证书管理器”，有“受信任的根证书颁发机构”列表。客户端会根据这张列表，查看解开数字证书的公钥是否在列表之内。
如果数字证书记载的网址，与你正在浏览的网址不一致，就说明这张证书可能被冒用，浏览器会发出警告。
如果这张数字证书不是由受信任的机构颁发的，浏览器会发出另一种警告。
如果数字证书是可靠的，客户端就可以使用证书中的服务器公钥，对信息进行加密，然后与服务器交换加密信息。
【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容，转载时必须标注文章的来源（华为云社区）、文章链接、文章作者等基本信息， 否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，欢迎发送邮件进行举报，并提供相关证据，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容，举报邮箱：
cloudbbs@huaweicloud.com
- 点赞
- 收藏
- 关注作者
评论（0）