【人人都懂密码学】一篇最易懂的Java密码学入门教程（下）

2.4.2 证书从哪里来

“证书中心”（certificate authority，简称CA），为公钥做认证。证书中心用自己的私钥，对公钥和一些相关信息一起加密，生成“数字证书”（Digital Certificate）。

拿到数字证书以后，就可以放心了。以后只要在签名的同时，再附上数字证书就行了。

用CA的公钥解开数字证书，就可以拿到真实的公钥了，然后就能证明“数字签名”是否真的是公司签的。

修改之前的RSAdemo代码:

/*
 * 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.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
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);
    }

    /**
     * 从文件中加载公钥
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param filePath  : 文件路径
     * @return : 公钥
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey loadPublicKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {
        // 将文件内容转为字符串
        String keyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), Charset.forName("UTF-8"));

        return loadPublicKeyFromString(algorithm, keyString);

    }

    /**
     * 从字符串中加载公钥
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param keyString : 公钥字符串
     * @return : 公钥
     * @throws Exception
     */
    public static PublicKey loadPublicKeyFromString(String algorithm, String keyString) throws Exception {
        // 进行Base64解码
        byte[] decode = Base64.decode(keyString);
        // 获取密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 构建密钥规范
        X509EncodedKeySpec keyspec = new X509EncodedKeySpec(decode);
        // 获取公钥
        return keyFactory.generatePublic(keyspec);

    }
    /**
     * 从文件中加载私钥
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param filePath  : 文件路径
     * @return : 私钥
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey loadPrivateKeyFromFile(String algorithm, String filePath) throws Exception {
        // 将文件内容转为字符串
        String keyString = FileUtils.readFileToString(new File(filePath), Charset.forName("UTF-8"));
        return loadPrivateKeyFromString(algorithm, keyString);

    }

    /**
     * 从字符串中加载私钥
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param keyString : 私钥字符串
     * @return : 私钥
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey loadPrivateKeyFromString(String algorithm, String keyString) throws Exception {
        // 进行Base64解码
        byte[] decode = Base64.decode(keyString);
        // 获取密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 构建密钥规范
        PKCS8EncodedKeySpec keyspec = new PKCS8EncodedKeySpec(decode);
        // 生成私钥
        return keyFactory.generatePrivate(keyspec);

    }
}
写一个验证数字签名的类：
/*
 * 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 java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;

/**
 * 功能描述: 验证数字签名
 *
 * @author cWX970190
 * @since 2020-10-11
 */
public class SignatureDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String a = "123";
        PublicKey publicKey =RSAdemo.loadPublicKeyFromFile("RSA", "a.pub");
        PrivateKey privateKey = RSAdemo.loadPrivateKeyFromFile("RSA", "a.pri");
        String signaturedData = getSignature(a, "sha256withrsa", privateKey);
        boolean b = verifySignature(a, "sha256withrsa", publicKey, signaturedData);
        System.out.println(b);
    }

    /**
     * 生成签名
     *
     * @param input      : 原文
     * @param algorithm  : 算法
     * @param privateKey : 私钥
     * @return : 签名
     * @throws Exception
     */
    private static String getSignature(String input, String algorithm, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        // 获取签名对象
        Signature signature = Signature.getInstance(algorithm);
        // 初始化签名
        signature.initSign(privateKey);
        // 传入原文
        signature.update(input.getBytes());
        // 开始签名
        byte[] sign = signature.sign();
        // 对签名数据进行Base64编码
        return Base64.encode(sign);
    }

    /**
     * 校验签名
     *
     * @param input          : 原文
     * @param algorithm      : 算法
     * @param publicKey      : 公钥
     * @param signaturedData : 签名
     * @return : 数据是否被篡改
     * @throws Exception
     */
    private static boolean verifySignature(String input, String algorithm, PublicKey publicKey, String signaturedData) throws Exception {
        // 获取签名对象
        Signature signature = Signature.getInstance(algorithm);
        // 初始化签名
        signature.initVerify(publicKey);
        // 传入原文
        signature.update(input.getBytes());
        // 校验数据
        return signature.verify(Base64.decode(signaturedData));

    }
}

运行，验证成功：

________________________________________

拓展： 2.5 Byte和bit

Byte : 字节. 数据存储的基本单位，比如移动硬盘1T ， 单位是byte

bit : 比特, 又叫位. 一个位要么是0要么是1. 数据传输的单位 , 比如家里的宽带100MB，下载速度并没有达到100MB，一般都是12-13MB，那么是因为需要使用 100 / 8

关系: 1Byte = 8bit

2.5.1 获取字符串byte

/**
 * ByteBit
 *
 * @Author: 陈志强
 * @CreateTime: 2020-10-12
 * @Description:
 */
public class ByteBit {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "a";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte b : bytes) {
            int c=b;
            // 打印发现byte实际上就是ascii码
            System.out.println(c);
        }
    }
}

运行结果：

和ascii码表一致

2.5.2 byte对应bit

public class ByteBit {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "a";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte b : bytes) {
            int c=b;
            // 打印发现byte实际上就是ascii码
            System.out.println(c);
            // 我们在来看看每个byte对应的bit，byte获取对应的bit
            String s = Integer.toBinaryString(c);
            System.out.println(s);
        }
    }
}

运行结果

2.5.3 中文对应的字节

package com.huawei.it.jalor.boot.test;

/**
 * 功能描述
 *
 * @author cWX970190
 * @since 2020-10-11
 */
public class ByteBitDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{

        String a = "华";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte b : bytes) {
            System.out.print(b + "   ");
            String s = Integer.toBinaryString(b);
            System.out.println(s);
        }
    }
}

运行程序，我们发现一个中文是有 3 个字节组成：

我们修改 编码格式 , 编码格式改成 GBK

修改代码

 // UTF-8：编码格式占3个字节
        byte[] bytes = a.getBytes("GBK");

再运行发现变成了 2 个字节

2.5.4 英文对应的字节

/**
 * ByteBit
 *
 * @Author: 陈志强
 * @CreateTime: 2020-10-12
 * @Description:
 */
public class ByteBit {
    public static void main(String[] args) throws Exception{

        String a = "a";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        // 在中文情况下，不同的编码格式，对应不同的字节
//        byte[] bytes = a.getBytes("GBK");
        for (byte b : bytes) {
            System.out.print(b + "   ");
            String s = Integer.toBinaryString(b);
            System.out.println(s);
        }
    }
}

运行程序

________________________________________

三、如何设置密码才安全

通过上述密码学发展史的介绍，以及对常见加密算法的阐述，相信大家对密码应该有了较为理性的认识，那么，如何设置密码才安全呢？这里给出一点小建议：

•  密码不要太常见，不要使用类似于123456式的常用密码。

•  各应用软件密码建议不同，避免出现一个应用数据库被脱库，全部应用密码崩塌，

•  可在设置密码时增加注册时间、注册地点、应用特性等方法。例如tianjin123456，表示在天津注册的该应用

参考文献：

现代密码学之对称加密-DES及AES算法- element ui

http://element-ui.cn/article/show-97007.aspx

Java Base64 编码与解码----三种实现方式的代码实例

https://blog.csdn.net/qq_27093465/article/details/93977519

网络安全之密码学：信息安全

https://www.bilibili.com/video/av583369085/

好了，本期的分享到此就跟大家saygoodbye了，密码学博大精深，本文只是浅尝辄止，关于密码学的知识一直都在更新，希望下次可以给大家带来更前沿、更实用的密码学相关知识，喜欢的老铁欢迎关注点赞，笔芯！