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标题: Java加密和数字签名编程快速入门 [打印本页]

作者: 在风雨中 时间: 2008-12-28 12:10
标题: Java加密和数字签名编程快速入门
　　本文主要谈一下密码学中的加密和数字签名，以及其在java中如何进行使用。对密码学有兴趣的伙伴，推荐看Bruce Schneier的著作：Applied Crypotography。在jdk1.5的发行版本中安全性方面有了很大的改进，也提供了对RSA算法的直接支持，现在我们从实例入手解决问题（本文仅是作为简单介绍）：　　　　一、密码学上常用的概念 　　1）消息摘要：　　　　这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法，可用于检验消息的完整性，和通过散列密码直接以文本形式保存等，目前广泛使用的算法有MD4、MD5、SHA-1，jdk1.5对上面都提供了支持，在java中进行消息摘要很简单， java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法：　　　　/** 　　*MessageDigestExample.java 　　*Copyright 2005-2-16 　　*/ 　　import java.security.MessageDigest; 　　/** 　　*单一的消息摘要算法，不使用密码.可以用来对明文消息（如：密码）隐藏保存　　*/ 　　public class MessageDigestExample{ 　　public static void main(String[] args) throws Exception{ 　　if(args.length!=1){ 　　System.err.println("Usage:java MessageDigestExample text"); 　　System.exit(1); 　　} 　　　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); 　　　　//使用getInstance("算法")来获得消息摘要,这里使用SHA-1的160位算法　　MessageDigest messageDigest=MessageDigest.getInstance("SHA-1"); 　　　　System.out.println("\n" messageDigest.getProvider().getInfo()); 　　//开始使用算法　　messageDigest.update(plainText); 　　System.out.println("\nDigest:"); 　　//输出算法运算结果　　System.out.println(new String(messageDigest.digest(),"UTF8")); 　　} 　　} 　　　　还可以通过消息认证码来进行加密实现，javax.crypto.Mac提供了一个解决方案，有兴趣者可以参考相关API文档，本文只是简单介绍什么是摘要算法。　　　　2）私钥加密：　　　　消息摘要只能检查消息的完整性，但是单向的，对明文消息并不能加密，要加密明文的消息的话，就要使用其他的算法，要确保机密性，我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。　　　　这种最好理解，使用对称算法。比如：A用一个密钥对一个文件加密，而B读取这个文件的话，则需要和A一样的密钥，双方共享一个私钥（而在web环境下，私钥在传递时容易被侦听）：　　　　使用私钥加密的话，首先需要一个密钥，可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥(java.security.Key),然后传递给一个加密工具(javax.crypto.Cipher),该工具再使用相应的算法来进行加密，主要对称算法有：DES（实际密钥只用到56位），AES（支持三种密钥长度：128、192、256位），通常首先128位，其他的还有DESede等，jdk1.5种也提供了对对称算法的支持，以下例子使用AES算法来加密：　　　　/** 　　*PrivateExmaple.java 　　*Copyright 2005-2-16 　　*/ 　　import javax.crypto.Cipher; 　　import javax.crypto.KeyGenerator; 　　import java.security.Key; 　　　　/** 　　*私鈅加密，保证消息机密性　　*/ 　　public class PrivateExample{ 　　public static void main(String[] args) throws Exception{ 　　if(args.length!=1){ 　　System.err.println("Usage:java PrivateExample <text>"); 　　System.exit(1); 　　} 　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); 　　　　//通过KeyGenerator形成一个key 　　System.out.println("\nStart generate AES key"); 　　KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("AES"); 　　keyGen.init(128); 　　Key key=keyGen.generateKey(); 　　System.out.println("Finish generating DES key"); 　　　　//获得一个私鈅加密类Cipher，ECB是加密方式，PKCS5Padding是填充方法　　Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 　　System.out.println("\n" cipher.getProvider().getInfo()); 　　　　//使用私鈅加密　　System.out.println("\nStart encryption:"); 　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key); 　　byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText); 　　System.out.println("Finish encryption:"); 　　System.out.println(new String(cipherText,"UTF8")); 　　　　System.out.println("\nStart decryption:"); 　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key); 　　byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText); 　　System.out.println("Finish decryption:"); 　　　　System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8")); 　　　　} 　　} 　　　　3）公钥加密：　　　　上面提到，私钥加密需要一个共享的密钥，那么如何传递密钥呢？web环境下，直接传递的话很容易被侦听到，幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对称加密，不对称算法使用一对密钥对，一个公钥，一个私钥，使用公钥加密的数据，只有私钥能解开（可用于加密）；同时，使用私钥加密的数据，只有公钥能解开（签名）。但是速度很慢（比私钥加密慢100到1000倍），公钥的主要算法有RSA，还包括Blowfish,Diffie-Helman等，jdk1.5种提供了对RSA的支持，是一个改进的地方：　　　　/** 　　*PublicExample.java 　　*Copyright 2005-2-16 　　*/ 　　import java.security.Key; 　　import javax.crypto.Cipher; 　　import java.security.KeyPairGenerator; 　　import java.security.KeyPair; 　　/** 　　*一个简单的公鈅加密例子,Cipher类使用KeyPairGenerator生成的公鈅和私鈅　　*/ 　　public class PublicExample{ 　　public static void main(String[] args) throws Exception{ 　　if(args.length!=1){ 　　System.err.println("Usage:java PublicExample <text>"); 　　System.exit(1); 　　} 　　　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); 　　//构成一个RSA密钥　　System.out.println("\nStart generating RSA key"); 　　KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); 　　keyGen.initialize(1024); 　　KeyPair key=keyGen.generateKeyPair(); 　　System.out.println("Finish generating RSA key"); 　　　　//获得一个RSA的Cipher类，使用公鈅加密　　Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding"); 　　System.out.println("\n" cipher.getProvider().getInfo()); 　　　　System.out.println("\nStart encryption"); 　　cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic()); 　　byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText); 　　System.out.println("Finish encryption:"); 　　System.out.println(new String(cipherText,"UTF8")); 　　　　//使用私鈅解密　　System.out.println("\nStart decryption"); 　　cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate()); 　　byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText); 　　System.out.println("Finish decryption:"); 　　System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8")); 　　} 　　} 　　　　4）数字签名：　　　　数字签名，它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。上面A通过使用公钥加密数据后发给B，B利用私钥解密就得到了需要的数据，问题来了，由于都是使用公钥加密，那么如何检验是A发过来的消息呢？上面也提到了一点，私钥是唯一的，那么A就可以利用A自己的私钥进行加密，然后B再利用A的公钥来解密，就可以了；数字签名的原理就基于此，而通常为了证明发送数据的真实性，通过利用消息摘要获得简短的消息内容，然后再利用私钥进行加密散列数据和消息一起发送。java中为数字签名提供了良好的支持，java.security.Signature类提供了消息签名：　　　　/** 　　*DigitalSignature2Example.java 　　*Copyright 2005-2-16 　　*/ 　　import java.security.Signature; 　　import java.security.KeyPairGenerator; 　　import java.security.KeyPair; 　　import java.security.SignatureException; 　　　　/** 　　*数字签名，使用RSA私钥对对消息摘要签名，然后使用公鈅验证测试　　*/ 　　public class DigitalSignature2Example{ 　　public static void main(String[] args) throws Exception{ 　　if(args.length!=1){ 　　System.err.println("Usage:java DigitalSignature2Example <text>"); 　　System.exit(1); 　　} 　　　　byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); 　　//形成RSA公钥对　　System.out.println("\nStart generating RSA key"); 　　KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); 　　keyGen.initialize(1024); 　　　　KeyPair key=keyGen.generateKeyPair(); 　　System.out.println("Finish generating RSA key"); 　　//使用私鈅签名　　Signature sig=Signature.getInstance("SHA1WithRSA"); 　　sig.initSign(key.getPrivate()); 　　sig.update(plainText); 　　byte[] signature=sig.sign(); 　　System.out.println(sig.getProvider().getInfo()

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