陪玩小程序源码，不容错过的加密算法整理清单

陪玩小程序源码，不容错过的加密算法整理清单

在开发陪玩小程序源码时，可采用的加密算法类型包含：

对称加密

对称加密算法，使用Cipher类即可，以广泛使用的AES为例，如下：

public byte[] encrypt(byte[] data, Key key) {
    try {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        byte[] iv = SecureRandoms.randBytes(cipher.getBlockSize());
        //初始化密钥与加密参数iv
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(iv));
        //加密
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(data);
        //将iv与密文拼在一起
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(iv.length + encryptBytes.length);
        baos.write(iv);
        baos.write(encryptBytes);
        return baos.toByteArray();
    } catch (Exception e) {
        return ExceptionUtils.rethrow(e);
    }
}

public byte[] decrypt(byte[] data, Key key) {
    try {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        //获取密文前面的iv
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(data, 0, cipher.getBlockSize());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, ivSpec);
        //解密iv后面的密文
        return cipher.doFinal(data, cipher.getBlockSize(), data.length - cipher.getBlockSize());
    } catch (Exception e) {
                return ExceptionUtils.rethrow(e);
    }
}

如上，对称加密主要使用Cipher，不管是AES还是DES，Cipher.getInstance()传入不同的算法名称即可。
另外，为了使得每次加密出来的密文不同，我使用了随机的iv向量，并将iv向量拼接在了密文前面。

非对称加密

非对称加密同样是使用Cipher类，只是传入的密钥对象不同，以RSA算法为例，如下：

public byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, PublicKey publicKey){
    try{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }catch (Exception e) {
        throw Errors.toRuntimeException(e);
    }
}

public byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data, PrivateKey privateKey){
    try{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }catch (Exception e) {
        throw Errors.toRuntimeException(e);
    }
}

一般来说应使用公钥加密，私钥解密，但其实反过来也是可以的。

密码学哈希

密码学哈希算法包括MD5、SHA1、SHA256等，在JCA中都使用MessageDigest类即可，如下：

public static String sha256(byte[] bytes) throws NoSuchAlgorithmException {
    MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
    digest.update(bytes);
    return Hex.encodeHexString(digest.digest());
}

消息认证码

消息认证码使用Mac类实现，以常见的HMAC搭配SHA256为例，如下：

public byte[] digest(byte[] data, Key key) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException{
    Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
    mac.init(key);
    return mac.doFinal(data);
}

数字签名

数字签名使用Signature类实现，以RSA搭配SHA256为例，如下：

public byte[] sign(byte[] data, PrivateKey privateKey) {
    try {
        Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        signature.initSign(privateKey);
        signature.update(data);
        return signature.sign();
    } catch (Exception e) {
        return ExceptionUtils.rethrow(e);
    }
}

public boolean verify(byte[] data, PublicKey publicKey, byte[] sign) {
    try {
        Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        signature.initVerify(publicKey);
        signature.update(data);
        return signature.verify(sign);
    } catch (Exception e) {
        return ExceptionUtils.rethrow(e);
    }
}

密钥协商算法

在JCA中，使用KeyAgreement来调用密钥协商算法，以ECDH协商算法为例，如下：

public static void testEcdh() {
    KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("EC");
    ECGenParameterSpec ecSpec = new ECGenParameterSpec("secp256r1");
    keyGen.initialize(ecSpec);
    // A生成自己的私密信息
    KeyPair keyPairA = keyGen.generateKeyPair();
    KeyAgreement kaA = KeyAgreement.getInstance("ECDH");
    kaA.init(keyPairA.getPrivate());
    // B生成自己的私密信息
    KeyPair keyPairB = keyGen.generateKeyPair();
    KeyAgreement kaB = KeyAgreement.getInstance("ECDH");
    kaB.init(keyPairB.getPrivate());

    // B收到A发送过来的公用信息，计算出对称密钥
    kaB.doPhase(keyPairA.getPublic(), true);
    byte[] kBA = kaB.generateSecret();

    // A收到B发送过来的公开信息，计算对对称密钥
    kaA.doPhase(keyPairB.getPublic(), true);
    byte[] kAB = kaA.generateSecret();
    Assert.isTrue(Arrays.equals(kBA, kAB), "协商的对称密钥不一致");
}

基于口令加密PBE

通常，对称加密算法需要使用128位字节的密钥，但这么长的密钥用户是记不住的，用户容易记住的是口令，也即password，但与密钥相比，口令有如下弱点：

1、口令通常较短，这使得直接使用口令加密的强度较差。
2、口令随机性较差，因为用户一般使用较容易记住的东西来生成口令。

为了使得用户能直接使用口令加密，又能最大程度避免口令的弱点，于是PBE(Password Based Encryption)算法诞生，思路如下：

既然密码算法需要密钥，那在加解密前，先使用口令生成密钥，然后再使用此密钥去加解密。
为了弥补口令随机性较差的问题，生成密钥时使用随机盐来混淆口令来产生准密钥，再使用散列函数对准密钥进行多次散列迭代，以生成最终的密钥。
因此，使用PBE算法进行加解密时，除了要提供口令外，还需要提供随机盐(salt)与迭代次数(iteratorCount)，如下：

public static byte[] encrypt(byte[] plainBytes, String password, byte[] salt, int iteratorCount) {
    try {
        PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        SecretKey key = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndTripleDES").generateSecret(keySpec);

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithMD5AndTripleDES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new PBEParameterSpec(salt, iteratorCount));
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(plainBytes);
        byte[] iv = cipher.getIV();
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(iv.length + encryptBytes.length);
        baos.write(iv);
        baos.write(encryptBytes);
        return baos.toByteArray();
    } catch (Exception e) {
        throw Errors.toRuntimeException(e);
    }
}

public static byte[] decrypt(byte[] secretBytes, String password, byte[] salt, int iteratorCount) {
    try {
        PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        SecretKey key = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndTripleDES").generateSecret(keySpec);

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithMD5AndTripleDES");
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(secretBytes, 0, cipher.getBlockSize());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new PBEParameterSpec(salt, iteratorCount, ivParameterSpec));
        return cipher.doFinal(secretBytes, cipher.getBlockSize(), secretBytes.length - cipher.getBlockSize());
    } catch (Exception e) {
        throw Errors.toRuntimeException(e);
    }
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
    byte[] content = "hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    byte[] salt = Base64.decode("QBadPOP6/JM=");
    String password = "password";
    byte[] encoded = encrypt(content, password, salt, 1000);
    System.out.println("密文:" + Base64.encode(encoded));
    byte[] plainBytes = decrypt(encoded, password, salt, 1000);
    System.out.println("明文:" + new String(plainBytes, StandardCharsets.UTF_8));
}

注意，虽然使用PBE加解密数据，都需要使用相同的password、salt、iteratorCount，但这里面只有password是需要保密的，salt与iteratorCount不需要，可以保存在数据库中，比如每个用户注册时给他生成一个随机盐。

到此，JCA密码算法就介绍完了，来回顾一下：

整体来说，JCA对密码算法相关的类设计与封装还是非常清晰简单的！

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