密码学学习之常见加密方式

我爱海鲸 2022-11-24 15:07:41 暂无标签

简介对称加密、DES加密、DES解密、base64补等号测试、AES加密解密、AES加密解密、toString()与new String ()用法区别、加密模式、填充模式

1、对称加密

  • 采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。
  • 示例
    • 我们现在有一个原文3要发送给B
    • 设置密钥为108, 3 * 108 = 324, 将324作为密文发送给B
    • B拿到密文324后, 使用324/108 = 3 得到原文
  • 常见加密算法
    • DES : Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。
    • AES : Advanced Encryption Standard, 高级加密标准 .在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。
  • 特点
    • 加密速度快, 可以加密大文件
    • 密文可逆, 一旦密钥文件泄漏, 就会导致数据暴露
    • 加密后编码表找不到对应字符, 出现乱码
    • 一般结合Base64使用

2、DES加密

代码 des加密算法

Cipher ：文档

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/javax/crypto/Cipher.html#getInstance-java.lang.String-

public class DesAesDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "硅谷";
        // des加密必须是8位
        String key = "123456";
        // 算法
        String algorithm = "DES";

        String transformation = "DES";
        // Cipher：密码，获取加密对象
        // transformation:参数表示使用什么类型加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定秘钥规则
        // 第一个参数表示：密钥，key的字节数组
        // 第二个参数表示：算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // 对加密进行初始化
        // 第一个参数：表示模式，有加密模式和解密模式
        // 第二个参数：表示秘钥规则
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 进行加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        // 打印字节，因为ascii码有负数，解析不出来，所以乱码
//        for (byte b : bytes) {
//            System.out.println(b);
//        }
        // 打印密文
        System.out.println(new String(bytes));
    }
}

修改 密钥 key = “12345678” ，再次运行 ，出现乱码是因为对应的字节出现负数，但负数，没有出现在 ascii 码表里面，所以出现乱码，需要配合base64进行转码

使用base64 进行编码

base64 导包的时候，需要注意 ，别导错了，需要导入 apache 包

3、DES解密

使用 ctrl + alt + m 快捷键抽取代码

public class DesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // DES加密算法，key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";

        String transformation = "DES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "DES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
        String s = decryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
      * @throws Exception
      */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

         return encode;
     }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String decryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密，上面使用的base64编码，下面直接用密文
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));
        //  因为是明文，所以直接返回
        return new String(bytes);
    }
}

Base64 算法简介

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的可读性编码算法之一 可读性编码算法不是为了保护数据的安全性，而是为了可读性 可读性编码不改变信息内容，只改变信息内容的表现形式 所谓Base64，即是说在编码过程中使用了64种字符：大写A到Z、小写a到z、数字0到9、“+”和“/” Base58是Bitcoin(比特币)中使用的一种编码方式，主要用于产生Bitcoin的钱包地址 相比Base64，Base58不使用数字"0"，字母大写"O"，字母大写"I"，和字母小写"i"，以及"+"和"/"符号

Base64 算法原理

base64 是 3个字节为一组，一个字节 8位，一共 就是24位 ，然后，把3个字节转成4组，每组6位，

3 * 8 = 4 * 6 = 24 ，每组6位，缺少的2位，会在高位进行补0 ，这样做的好处在于 ，base取的是后面6位，去掉高2位 ，那么base64的取值就可以控制在0-63位了，所以就叫base64，111 111 = 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 =

base64 构成原则

① 小写 a - z = 26个字母

② 大写 A - Z = 26个字母

③ 数字 0 - 9 = 10 个数字

④ + / = 2个符号

大家可能发现一个问题，咱们的base64有个 = 号，但是在映射表里面没有发现 = 号 ， 这个地方需要注意，等号非常特殊，因为base64是三个字节一组 ，如果当我们的位数不够的时候，会使用等号来补齐

base64补等号测试

public class TestBase64 {
    public static void main(String[] args) {
        //  1：MQ== 表示一个字节，不够三个字节，所以需要后面通过 == 号补齐
        System.out.println(Base64.encode("1".getBytes()));
//        System.out.println(Base64.encode("12".getBytes()));
//        System.out.println(Base64.encode("123".getBytes()));
//        // 硅谷:中文占6个字节，6 * 8 = 48 ，刚刚好被整除，所以没有等号
//        System.out.println(Base64.encode("硅谷".getBytes()));
    }
}

4、AES加密解密

AES 加密解密和 DES 加密解密代码一样，只需要修改加密算法就行，拷贝 ESC 代码

public class AesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // AES加密算法，比较高级，所以key的大小必须是16个字节
        String key = "1234567812345678";

        String transformation = "AES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "AES";
        // 先测试加密，然后在测试解密
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
        String s = dncryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String dncryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));

        return new String(bytes);
    }
}

AES 加密的密钥key ， 需要传入16个字节

5、toString()与new String ()用法区别

public class TestBase64 {
    public static void main(String[] args) {
        String str="TU0jV0xBTiNVYys5bEdiUjZlNU45aHJ0bTdDQStBPT0jNjQ2NDY1Njk4IzM5OTkwMDAwMzAwMA==";


        String rlt1=new String(Base64.decode(str));

        String rlt2=Base64.decode(str).toString();

        System.out.println(rlt1);

        System.out.println(rlt2);
    }
}

结果是：

MM#WLAN#Uc+9lGbR6e5N9hrtm7CA+A==#646465698#399900003000

[B@1540e19d

哪一个是正确的？为什么？

这里应该用new String()的方法，因为Base64加解密是一种转换编码格式的原理

toString()与new String ()用法区别

str.toString是调用了这个object对象的类的toString方法。一般是返回这么一个String：[class name]@[hashCode]

new String(str)是根据parameter是一个字节数组，使用java虚拟机默认的编码格式，将这个字节数组decode为对应的字符。若虚拟机默认的编码格式是ISO-8859-1，按照ascii编码表即可得到字节对应的字符。

什么时候用什么方法呢？

new String（）一般使用字符转码的时候,byte[]数组的时候

toString（）对象打印的时候使用

6、加密模式

加密模式：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/javax/crypto/Cipher.html

ECB

ECB:: Electronic codebook, 电子密码本. 需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块，并对每个块进行独立加密

  • 优点 : 可以并行处理数据
  • 缺点 : 同样的原文生成同样的密文, 不能很好的保护数据
  • 同时加密，原文是一样的，加密出来的密文也是一样的

CBC

CBC:Cipher-block chaining, 密码块链接. 每个明文块先与前一个密文块进行异或后，再进行加密。在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所有明文块

  • 优点 : 同样的原文生成的密文不一样
  • 缺点 : 串行处理数据.

填充模式

  • 当需要按块处理的数据, 数据长度不符合块处理需求时, 按照一定的方法填充满块长的规则

NoPadding

  • 不填充.
  • 在DES加密算法下, 要求原文长度必须是8byte的整数倍
  • 在AES加密算法下, 要求原文长度必须是16byte的整数倍

PKCS5Padding

数据块的大小为8位, 不够就补足

Tips

  • 默认情况下, 加密模式和填充模式为 : ECB/PKCS5Padding
  • 如果使用CBC模式, 在初始化Cipher对象时, 需要增加参数, 初始化向量IV : IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());

加密模式和填充模式

AES/CBC/NoPadding (128)
AES/CBC/PKCS5Padding (128)
AES/ECB/NoPadding (128)
AES/ECB/PKCS5Padding (128)
DES/CBC/NoPadding (56)
DES/CBC/PKCS5Padding (56)
DES/ECB/NoPadding (56)
DES/ECB/PKCS5Padding (56)
DESede/CBC/NoPadding (168)
DESede/CBC/PKCS5Padding (168)
DESede/ECB/NoPadding (168)
DESede/ECB/PKCS5Padding (168)
RSA/ECB/PKCS1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding (1024, 2048)

加密模式和填充模式例子

public class DesDemo {
    // DES加密算法,key的大小必须是8个字节

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input ="硅谷";
        // DES加密算法，key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";
        // 指定获取Cipher的算法,如果没有指定加密模式和填充模式,ECB/PKCS5Padding就是默认值
        //     String transformation = "DES"; // 9PQXVUIhaaQ=
        //String transformation = "DES/ECB/PKCS5Padding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // CBC模式,必须指定初始向量,初始向量中密钥的长度必须是8个字节
        //String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // NoPadding模式,原文的长度必须是8个字节的整倍数 ，所以必须把 硅谷改成硅谷12
        String transformation = "DES/CBC/NoPadding"; // 9PQXVUIhaaQ=
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "DES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);
//        String s = dncryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
//        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
         // 初始向量，参数表示跟谁进行异或，初始向量的长度必须是8位
//        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
         // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encode(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String dncryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
//        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decode(input));

        return new String(bytes);
    }
}

修改成 CBC 加密 模式

String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding";

修改加密代码：

修改填充模式

String transformation = "DES/CBC/NoPadding";
运行报错 NoPadding 这种填充模式 原文必须是8个字节的整倍数
修改运行

String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding";
在测试 AES 的时候需要注意，key需要16个字节，加密向量也需要16个字节 ，其他方式跟 DES 一样

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