Java 加解密

常见概念

1、单向、非单向（双向）加密算法

单向加密算法：只能加密不能解密，可以从明文加密得到密文，但不能从密文解析得到明文，常见的比如 MD5、SHA、HMAC。
非单向（双向）加密算法：常见的比如 BASE64、对称加密算法、非对称加密算法、数字签名算法、数字证书。

2、对称、非对称加密算法都属于非单向（双向）加密

对称加密：加解密使用同一个秘钥，常见的比如 DES、AES。
非对称加密：加解密使用不同的秘钥，常用于电商订单付款、银行相关业务，常见的比如 RSA。

3、数字签名、数字证书

数字签名：用于对数据完整性、收发双方进行验证，数字签名是非对称密钥加密技术与数字摘要技术的应用，一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于发送方对数据进行摘要作为签名，另一个用于接收方进行验证，常见的比如 RSA、DSA。
数字证书：在互联网通讯中给通讯各方颁发一个标识身份信息的数字认证，用它来识别对方身份，常见的颁发机构比如CA中心。

古典加密：通过移位、替换等方式进行加密

Base64

对内容（通常是二进制数据）进行编码，严格来说属于编码方式。

常见使用场景

图片、邮件的编码传输
url编码，注意这里的url编码并不是将空格、汉字之类的特殊字符编码为%xx

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;

import java.util.Base64;

@Slf4j
public class Base64Test {

    @Test
    public void testBase64() {
        String str = "xxx";

        String encodeStr = Base64.getEncoder().encodeToString(str.getBytes());
        log.info("Base64编码后的数据:{}", encodeStr);

        byte[] decodeContent = Base64.getDecoder().decode(encodeStr);
        String decodeStr = new String(decodeContent);
        log.info("Base64解码后的数据:{}", decodeStr);
    }

}

java.util.Base64 提供了多种编解码器

Base64.getEncoder/Decoder() 基础编解码器
Base64.getUrlEncoder/Decoder() url编解码器
Base64.getMimeEncoder/Decoder() 邮件编解码器

MD5

Message Digest algorithm 信息摘要算法，用于确保数据传输的完整一致、验证信息完整性，常用于文件校验，常见的实现算法有MD5、SHA。

MD算法特点：计算得到的MD值长度固定，不管数据多大，摘要后都能生成唯一的MD值，对原数据进行任何改动，哪怕只修改个字节，所得到的MD值都会发生变化，伪造数据（找到具有相同MD值的数据）非常困难。

MD常见应用场景：密码加密、文件校验，MD算法有多个版本的实现，最常用的是MD5

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import org.springframework.util.DigestUtils;

import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

@Slf4j
public class MD5Test {

    @Test
    public void testJdkMd5() throws NoSuchAlgorithmException {
        String str = "xxx";
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        md.update(str.getBytes());
        BigInteger bigInteger = new BigInteger(md.digest());
        String md5Str = bigInteger.toString();
        log.info("加密前的数据:{}  加密后的数据:{}  长度:{}", str, md5Str, md5Str.length());
    }

    @Test
    public void testSpringMd5() {
        String str = "xxx";
        String md5Str = DigestUtils.md5DigestAsHex(str.getBytes());
        log.info("加密前的数据:{}  加密后的数据:{}  长度:{}", str, md5Str, md5Str.length());
    }

}

在进行摘要之前，可以在原串基础上拼接字符串（加salt 盐）。

SHA

Secure Hash Algorithm 安全散列（哈希）算法，该算法的思想是接收一段明文（也称为输入码、预映射、信息），然后以一种不可逆的方式将它转换成一段长度较短、位数固定的密文（也称为输出序列、散列值、信息摘要、信息认证代码）。散列函数值相当于明文的“指纹”、“摘要”，可以视为对明文的数字签名。

SHA和MD都是信息摘要算法，彼此很相似，主要区别在于SHA比MD摘要位数要长得多，执行速度、效率比MD低，破解难度比MD更大。由于MD的设计，易受密码分析的攻击，SHA显得不易受这样的攻击，更安全。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

@Slf4j
public class SHATest {

    @Test
    public void testSHA() throws NoSuchAlgorithmException {
        String str = "xxx";
        MessageDigest sha256 = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        byte[] bytes = sha256.digest(str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        StringBuilder hexStringBuilder = new StringBuilder();
        for (byte b : bytes) {
            //将每个字节转成十六进制字符串：byte最高位是符号位，通过和0xff进行与操作，转换为正整数
            String hexString = Integer.toHexString(b & 0xff);
            hexStringBuilder.append(hexString.length() == 1 ? "0" + hexString : hexString);
        }
        String encodeStr = hexStringBuilder.toString();
        log.info("明文：{}，SHA加密得到的密文：{}", str, encodeStr);
    }

}

DES

Data Encryption Standard 数据加密标准算法，是一种对称加密算法，加、解密使用同一个秘钥，要求密钥是长度至少为8的字符串，且密钥长度必须是8的倍数。DES使用56位密钥，容易被破解，只能使用于一些保密性要求不高的场景。DES近些年来使用越来越少，逐渐被AES代替。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import java.security.SecureRandom;

@Slf4j
public class DESTest {

    @Test
    public void testDES() throws Exception {
        String str = "xxx";
        //秘钥，长度至少为8，且要是8的倍数
        String password = "qwer1234";

        DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
        SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();

        //加密
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, secureRandom);
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(str.getBytes());
        log.info("密文：{}", new String(encryptBytes));

        //解密
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, secureRandom);
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(encryptBytes);
        log.info("明文：{}", new String(decryptBytes));
    }

}

AES

Advanced Encryption Standard 高级加密标准，是目前最流行的一种对称加密算法，支持128、192、256位的密钥，使用128位分组来加解密。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;

@Slf4j
public class AESTest {

    @Test
    public void testAES() throws Exception {
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
        SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG", "SUN");
        secureRandom.setSeed("AES/CBC/PKCS5Padding".getBytes());
        //秘钥长度，可以是128、192、256
        keyGenerator.init(128, secureRandom);

        SecretKey originalKey = keyGenerator.generateKey();
        SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(originalKey.getEncoded(), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

        //加密
        String text = "xxx";
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        String encryptText = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        log.info("加密得到的密文：{}", encryptText);

        //解密
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        encryptedBytes = Base64.getDecoder().decode(encryptText);
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        String decryptedText = new String(decryptedBytes);
        log.info("解密得到的明文：{}", decryptedText);
    }

}

RSA

RSA是非对称加密算法的典型代表，加解密使用不同的密钥，密钥分为公钥（public key）、私钥（private key）2种，公钥公开用于对明文进行加密，私钥保密用于对密文进行解析获得明文。未泄露私钥，加密的数据就是安全的；密钥足够长(一般要求1024位及以上)，加密的数据就难以被破解。此算法由 Rivest、Shamir、Adleman 三人设计，算法名称取的三个姓名的首字母。

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DES

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