java面試之加密演算法,java加密解密課程設計

本文目錄一覽：

• 1、快速了解常用的對稱加密演算法，再也不用擔心面試官的刨根問底
• 2、分享Java常用幾種加密演算法
• 3、java加密的幾種方式

快速了解常用的對稱加密演算法，再也不用擔心面試官的刨根問底

加密演算法通常被分為兩種： 對稱加密 和 非對稱加密 。其中，對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同；非對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰不同，分為公鑰和私鑰。此外，還有一類叫做 消息摘要演算法 ，是對數據進行摘要並且不可逆的演算法。

這次我們了解一下對稱加密演算法。

對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同，或是使用兩個可以簡單地相互推算的密鑰。在大多數的對稱加密演算法中，加密和解密的密鑰是相同的。

它要求雙方在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送的信息進行解密，這也是對稱加密演算法的主要缺點之一。

常見的對稱加密演算法有：DES演算法、3DES演算法、AES演算法。

DES演算法（Data Encryption Standard）是一種常見的分組加密演算法。

分組加密演算法是將明文分成固定長度的組，每一組都採用同一密鑰和演算法進行加密，輸出也是固定長度的密文。

由IBM公司在1972年研製，1976年被美國聯邦政府的國家標準局確定為聯邦資料處理標準（FIPS），隨後在國際上廣泛流傳開來。

在DES演算法中，密鑰固定長度為64位。明文按64位進行分組，分組後的明文組和密鑰按位置換或交換的方法形成密文組，然後再把密文組拼裝成密文。

密鑰的每個第八位設置為奇偶校驗位，也就是第8、16、24、32、40、48、56、64位，所以密鑰的實際參與加密的長度為56位。

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

DES現在已經不是一種安全的加密方法，主要因為它使用的密鑰過短，很容易被暴力破解。

3DES演算法（Triple Data Encryption Algorithm）是DES演算法的升級版本，相當於是對明文進行了三次DES加密。

由於計算機運算能力的增強，DES演算法由於密鑰長度過低容易被暴力破解；3DES演算法提供了一種相對簡單的方法，即通過增加DES的密鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設計一種全新的塊密碼演算法。

在DES演算法中，密鑰固定長度為192位。在加密和解密時，密鑰會被分為3個64位的密鑰。

加密過程如下：

解密過程如下：

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

雖然3DES演算法在安全性上有所提升，但是因為使用了3次DES演算法，加密和解密速度比較慢。

AES（Advanced Encryption Standard，高級加密標準）主要是為了取代DES加密演算法的，雖然出現了3DES的加密方法，但由於它的加密時間是DES演算法的3倍多，密鑰位數還是不能滿足對安全性的要求。

1997年1月2號，美國國家標準與技術研究院（NIST）宣布希望徵集高級加密標準，用以取代DES。全世界很多密碼工作者都提交了自己設計的演算法。經過甄選流程，高級加密標準由美國國家標準與技術研究院於2001年11月26日發佈於FIPS PUB 197，並在2002年5月26日成為有效的標準。

該演算法為比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen所設計，結合兩位作者的名字，以 Rijndael 為名投稿高級加密標準的甄選流程。

AES演算法的密鑰長度是固定，密鑰的長度可以使用128位、192位或256位。

AES演算法也是一種分組加密演算法，其分組長度只能是128位。分組後的明文組和密鑰使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算形成密文組，然後再把密文組拼裝成密文。

我們用Java寫個例子：

運行結果如下：

AES演算法是目前應用最廣泛的對稱加密演算法。

對稱加密演算法在加密和解密時使用的密鑰相同，常見的對稱加密演算法有：DES演算法、3DES演算法、AES演算法。

由於安全性低、加密解密效率低，DES演算法和3DES演算法是不推薦使用的，AES演算法是目前應用最廣泛的對稱加密演算法。

分享Java常用幾種加密演算法

簡單的Java加密演算法有：

第一種. BASE

Base是網路上最常見的用於傳輸Bit位元組代碼的編碼方式之一，大家可以查看RFC～RFC，上面有MIME的詳細規範。Base編碼可用於在HTTP環境下傳遞較長的標識信息。例如，在Java Persistence系統Hibernate中，就採用了Base來將一個較長的唯一標識符（一般為-bit的UUID）編碼為一個字元串，用作HTTP表單和HTTP GET URL中的參數。在其他應用程序中，也常常需要把二進位數據編碼為適合放在URL（包括隱藏表單域）中的形式。此時，採用Base編碼具有不可讀性，即所編碼的數據不會被人用肉眼所直接看到。

第二種. MD

MD即Message-Digest Algorithm （信息-摘要演算法），用於確保信息傳輸完整一致。是計算機廣泛使用的雜湊演算法之一（又譯摘要演算法、哈希演算法），主流編程語言普遍已有MD實現。將數據（如漢字）運算為另一固定長度值，是雜湊演算法的基礎原理，MD的前身有MD、MD和MD。廣泛用於加密和解密技術，常用於文件校驗。校驗？不管文件多大，經過MD後都能生成唯一的MD值。好比現在的ISO校驗，都是MD校驗。怎麼用？當然是把ISO經過MD後產生MD的值。一般下載linux-ISO的朋友都見過下載鏈接旁邊放著MD的串。就是用來驗證文件是否一致的。

MD演算法具有以下特點：

壓縮性：任意長度的數據，算出的MD值長度都是固定的。

容易計算：從原數據計算出MD值很容易。

抗修改性：對原數據進行任何改動，哪怕只修改個位元組，所得到的MD值都有很大區別。

弱抗碰撞：已知原數據和其MD值，想找到一個具有相同MD值的數據（即偽造數據）是非常困難的。

強抗碰撞：想找到兩個不同的數據，使它們具有相同的MD值，是非常困難的。

MD的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟體簽署私人密鑰前被」壓縮」成一種保密的格式（就是把一個任意長度的位元組串變換成一定長的十六進位數字串）。除了MD以外，其中比較有名的還有sha-、RIPEMD以及Haval等。

第三種.SHA

安全哈希演算法（Secure Hash Algorithm）主要適用於數字簽名標準（Digital Signature Standard DSS）裡面定義的數字簽名演算法（Digital Signature Algorithm DSA）。對於長度小於^位的消息，SHA會產生一個位的消息摘要。該演算法經過加密專家多年來的發展和改進已日益完善，並被廣泛使用。該演算法的思想是接收一段明文，然後以一種不可逆的方式將它轉換成一段（通常更小）密文，也可以簡單的理解為取一串輸入碼（稱為預映射或信息），並把它們轉化為長度較短、位數固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認證代碼）的過程。散列函數值可以說是對明文的一種「指紋」或是「摘要」所以對散列值的數字簽名就可以視為對此明文的數字簽名。

SHA-與MD的比較

因為二者均由MD導出，SHA-和MD彼此很相似。相應的，他們的強度和其他特性也是相似，但還有以下幾點不同：

對強行攻擊的安全性：最顯著和最重要的區別是SHA-摘要比MD摘要長 位。使用強行技術，產生任何一個報文使其摘要等於給定報摘要的難度對MD是^數量級的操作，而對SHA-則是^數量級的操作。這樣，SHA-對強行攻擊有更大的強度。

對密碼分析的安全性：由於MD的設計，易受密碼分析的攻擊，SHA-顯得不易受這樣的攻擊。

速度：在相同的硬體上，SHA-的運行速度比MD慢。

第四種.HMAC

HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鑒別碼，基於密鑰的Hash演算法的認證協議。消息鑒別碼實現鑒別的原理是，用公開函數和密鑰產生一個固定長度的值作為認證標識，用這個標識鑒別消息的完整性。使用一個密鑰生成一個固定大小的小數據塊，即MAC，並將其加入到消息中，然後傳輸。接收方利用與發送方共享的密鑰進行鑒別認證等。

java加密的幾種方式

基本的單向加密演算法：

BASE64 嚴格地說，屬於編碼格式，而非加密演算法

MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要演算法)

SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列演算法)

HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鑒別碼)

複雜的對稱加密（DES、PBE）、非對稱加密演算法：

DES(Data Encryption Standard，數據加密演算法)

PBE(Password-based encryption，基於密碼驗證)

RSA(演算法的名字以發明者的名字命名：Ron Rivest, AdiShamir 和Leonard Adleman)

DH(Diffie-Hellman演算法，密鑰一致協議)

DSA(Digital Signature Algorithm，數字簽名)

ECC(Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學)

代碼參考：

/**

* BASE64加密

*

* @param key

* @return

* @throws Exception

*/

public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {

return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);

}

/**

* MD5加密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);

md5.update(data);

return md5.digest();

}

/**

* SHA加密

*

* @param data

* @return

* @throws Exception

*/

public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);

sha.update(data);

return sha.digest();

}

}

/**

* 初始化HMAC密鑰

*

* @return

* @throws Exception

*/

public static String initMacKey() throws Exception {

KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();

return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());

}

/**

* HMAC加密

*

* @param data

* @param key

* @return

* @throws Exception

*/

public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);

Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());

mac.init(secretKey);

return mac.doFinal(data);

}