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对称式加密与非对称式加密的对比

2022-07-22 06:06:00 【爱喝冰红茶阿】

对称加密算法

对称加密算法就是传统的用一个密码进行加密和解密；例如，我们常用的WinZIP和WinRAR对压缩包的加密和解密，就是使用对称加密算法。

常用的对称加密算法

算法	密钥长度	工作模式
DES( 版本太老)	56/64	ECB/CBC/PCBC/CTR/...
AES	128/192/256	ECB/CBC/PCBC/CTR/...
IDEA	128	ECB

使用AES/ ECB模式（没有IV参数）

核心代码

加密步骤

设置算法/工作模式/ECB/填充模式
根据key的字节内容，恢复秘钥对象
初始化密钥：设置加密模式
根据原始内容字节进行加密:返回的是字节数组

解密步骤

设置算法/工作模式/ECB/填充模式
根据key的字节内容,恢复秘钥对象
初始化密钥：设置解密模式
根据加密内容字节进行解密:

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

//ECB模式
public class Test {
	public static void main(String[] args) throws InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException {
		//原文
		String message = "Hello";
        //128位密钥 = 16 bytes key:
		byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();
		//加密
		byte[] data = message.getBytes();
		byte[] encrypted = encrypt(key, data);
		System.out.println("Encrypted(加密内容):" +
		Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
		//解密
		byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
		System.out.println("Decrypted(解密内容):"+ new String(decrypted));
	}
	//加密:
	public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException {
		//创建密码对象：需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		//根据key的字节内容，“恢复”秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key,"AES");
		//初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_MOD
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
		//根据原始内容(字节)进行解密
		return cipher.doFinal(input);
				
	}
	//解密
	public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		//创建密码对象：需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		//根据key的字节内容，“恢复”秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key,"AES");
		//初始化秘钥:设置加密模式DECRYPT_MOD
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
		//根据原始内容(字节)进行解密
		return cipher.doFinal(input);
	
	}
}

使用AES CBC模式(带有IV参数) 此处的IV参数相当于对密钥进行"加盐"，步骤与ECB模式大致相同

。不同的是CBC模式需要生成一个16 bytes的IV，随后在初始化密钥时将IV设置进去；解密时我们首先得拿到他的IV字节内容，根据IV字节内容恢复IV，同样在初始化密钥时将IV设置进去。

import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;


public class Test {
	 public static void main(String[] args) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		 	//原文
			String message = "Hello";
			//256位密钥 =32 bytes key:
			byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();
			//加密
			byte[] data = message.getBytes();
			byte[] encrypted = encrypt(key, data);
			System.out.println("Encrypted(加密内容):" +
			Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
			//解密
			byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
			System.out.println("Decrypted(解密内容):"+ new String(decrypted));
	}
	 //加密
	 public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		 //设置算法/工作模式CBC/填充
		 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
		 //恢复密钥对象
		 SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		 //CBC模式需要生成一个16bytes的initialization vector
		 SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
		 byte[] iv = sr.generateSeed(16);//生成16个字节的随机数
		 System.out.println(Arrays.toString(iv));
		 IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//随机数封装成IvParameterSpec
	     //初始化秘钥：操作模式、秘钥、IV参数
		 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec,ivps);
		 //加密
		 byte[] data = cipher.doFinal(input);
		 //IV不需要保密,把IV和密文一起返回
		 return join(iv,data);
	 }
	 
	 //解密
	 public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		 //把input分割成IV和密文
		 byte[] iv = new byte[16];
		 byte[] data = new byte[input.length-16];
		 System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16);//IV
		 System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);//密文
		 System.out.println(Arrays.toString(iv));
		 //解密
		 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");//密码对象
		 SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");//恢复秘钥
		 IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//恢复IV
		 //初始化秘钥：操作模式、秘钥、IV参数
		 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec,ivps);
		 return cipher.doFinal(data);
	 }
	 public static byte[] join(byte[] bs1,byte[] bs2) {
		 byte[] r = new byte[bs1.length+bs2.length];
		 System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
		 System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
		 return r;
	 }
}

非对称加密算法

非对称加密算法使用一组密钥对进行对文件加密解密，也就是说加密和解密使用的不是相同的密钥,当我们想让A向B发送加密文件时，A首先需要将自己的公钥发送给B，B使用A的公钥对文件进行加密，随后将加密文件发送给A，A可以通过自己私钥对文件进行解密。

步骤实现

首先必须生成一个密钥对
使用公钥加密
使用私钥解密

import java.math.BigInteger;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;

import javax.crypto.Cipher;

// RSA
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 明文:
        byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8");
        // 创建公钥／私钥对:
        Human alice = new Human("Alice");
        // 用Alice的公钥加密:
        // 获取Alice的公钥，并输出
        byte[] pk = alice.getPublicKey();
        System.out.println(String.format("public key(公钥): %x", new BigInteger(1, pk)));
        // 使用公钥加密
        byte[] encrypted = alice.encrypt(plain);
        System.out.println(String.format("encrypted: %x", new BigInteger(1, encrypted)));
        // 用Alice的私钥解密:
        // 获取Alice的私钥，并输出
        byte[] sk = alice.getPrivateKey();
        System.out.println(String.format("private key: %x", new BigInteger(1, sk)));
        // 使用私钥解密
        byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted);
        System.out.println(new String(decrypted, "UTF-8"));
    }
}

// 用户类
class Human {
	// 姓名
    String name;
    // 私钥:
    PrivateKey sk;
    // 公钥:
    PublicKey pk;
    // 构造方法
    public Human(String name) throws GeneralSecurityException {
    	// 初始化姓名
        this.name = name;
        // 生成公钥／私钥对:
        KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        kpGen.initialize(1024);
        KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();
        this.sk = kp.getPrivate();
        this.pk = kp.getPublic();
    }
    // 把私钥导出为字节
    public byte[] getPrivateKey() {
        return this.sk.getEncoded();
    }
    // 把公钥导出为字节
    public byte[] getPublicKey() {
        return this.pk.getEncoded();
    }
    // 用公钥加密:
    public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); // 使用公钥进行初始化
        return cipher.doFinal(message);
    }
    // 用私钥解密:
    public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); // 使用私钥进行初始化
        return cipher.doFinal(input);
    }
}