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DES、3DES、AES、PBE對稱加密算法實現(xiàn)及應(yīng)用

作者：薛勤
安全 數(shù)據(jù)安全 算法
對稱加密算法是應(yīng)用較早的加密算法，技術(shù)成熟。在對稱加密算法中，數(shù)據(jù)發(fā)信方將明文和加密密鑰一起經(jīng)過特殊加密算法處理后，使其變成復(fù)雜的加密密文發(fā)送出去。

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1.對稱加密算法概述

對稱加密算法是應(yīng)用較早的加密算法，技術(shù)成熟。在對稱加密算法中，數(shù)據(jù)發(fā)信方將明文和加密密鑰一起經(jīng)過特殊加密算法處理后，使其變成復(fù)雜的加密密文發(fā)送出去。收信方收到密文后，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同算法的逆算法對密文進(jìn)行解密，才能使其恢復(fù)成可讀明文。

在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發(fā)收信雙方都使用這個密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。

對稱加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。

不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。

在計算機系統(tǒng)中廣泛使用的對稱加密算法有DES和IDEA等。因為DES近年來屢屢被破解，所以，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局倡導(dǎo)的AES即將作為新標(biāo)準(zhǔn)取代DES。

2.對稱加密算法-DES

DES算法為密碼體制中的對稱密碼體制，又被稱為美國數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是1972年美國IBM公司研制的對稱密碼體制加密算法。

明文按64位進(jìn)行分組，密鑰長64位，密鑰事實上是56位參與DES運算(第8、16、24、32、40、48、56、64位是校驗位， 使得每個密鑰都有奇數(shù)個1)分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。

引入Bouncy Castle依賴：

  1. <dependency> 
  2.    <groupId>org.bouncycastle</groupId> 
  3.    <artifactId>bcprov-jdk15</artifactId> 
  4.    <version>1.46</version> 
  5. </dependency> 

引入Commons Codec依賴：

  1. <dependency> 
  2.    <groupId>commons-codec</groupId> 
  3.    <artifactId>commons-codec</artifactId> 
  4.    <version>1.10</version> 
  5. </dependency> 

Java代碼實現(xiàn)：

  1. import java.security.Key; 
  2. import java.security.Security; 
  3. import javax.crypto.Cipher; 
  4. import javax.crypto.KeyGenerator; 
  5. import javax.crypto.SecretKey; 
  6. import javax.crypto.SecretKeyFactory; 
  7. import javax.crypto.spec.DESKeySpec; 
  8. import org.apache.commons.codec.binary.Hex; 
  9. import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; 
  10.  
  11. public class DES { 
  12.  
  13.   public static final String src = "des test"; 
  14.  
  15.   public static void main(String[] args) { 
  16.     jdkDES(); 
  17.     bcDES(); 
  18.   } 
  19.  
  20.   // 用jdk實現(xiàn): 
  21.   public static void jdkDES() { 
  22.     try { 
  23.       // 生成KEY 
  24.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES"); 
  25.       keyGenerator.init(56); 
  26.       // 產(chǎn)生密鑰 
  27.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  28.       // 獲取密鑰 
  29.       byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); 
  30.  
  31.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  32.       DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey); 
  33.       SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); 
  34.       Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); 
  35.  
  36.       // 加密 
  37.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); 
  38.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  39.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  40.       System.out.println("jdk des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  41.  
  42.       // 解密 
  43.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  44.       result = cipher.doFinal(result); 
  45.       System.out.println("jdk des decrypt:" + new String(result)); 
  46.     } catch (Exception e) { 
  47.       e.printStackTrace(); 
  48.     } 
  49.   } 
  50.  
  51.   // 用bouncy castle實現(xiàn): 
  52.   public static void bcDES() { 
  53.     try { 
  54.       Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); 
  55.  
  56.       // 生成KEY 
  57.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES", "BC"); 
  58.       keyGenerator.getProvider(); 
  59.       keyGenerator.init(56); 
  60.       // 產(chǎn)生密鑰 
  61.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  62.       // 獲取密鑰 
  63.       byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); 
  64.  
  65.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  66.       DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey); 
  67.       SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); 
  68.       Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); 
  69.  
  70.       // 加密 
  71.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); 
  72.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  73.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  74.       System.out.println("bc des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  75.  
  76.       // 解密 
  77.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  78.       result = cipher.doFinal(result); 
  79.       System.out.println("bc des decrypt:" + new String(result)); 
  80.     } catch (Exception e) { 
  81.       e.printStackTrace(); 
  82.     } 
  83.   } 
  84. } 

 

應(yīng)用例子：

 

3.對稱加密算法-3DES

密碼學(xué)中，三重數(shù)據(jù)加密算法(英語：Triple Data Encryption Algorithm，縮寫為TDEA，Triple DEA)，或稱3DES(Triple DES)，是一種對稱密鑰加密塊密碼，相當(dāng)于是對每個數(shù)據(jù)塊應(yīng)用三次數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)算法。由于計算機運算能力的增強，原版DES密碼的密鑰長度變得容易被暴力破解;3DES即是設(shè)計用來提供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(shè)計一種全新的塊密碼算法。

Java代碼實現(xiàn)：

  1. import java.security.Key; 
  2. import java.security.SecureRandom; 
  3. import java.security.Security; 
  4. import javax.crypto.Cipher; 
  5. import javax.crypto.KeyGenerator; 
  6. import javax.crypto.SecretKey; 
  7. import javax.crypto.SecretKeyFactory; 
  8. import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec; 
  9. import org.apache.commons.codec.binary.Hex; 
  10. import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; 
  11.  
  12. public class DES3 { 
  13.  
  14.   public static final String src = "3des test"; 
  15.  
  16.   public static void main(String[] args) { 
  17.     jdk3DES(); 
  18.     bc3DES(); 
  19.   } 
  20.  
  21.   // 用jdk實現(xiàn): 
  22.   public static void jdk3DES() { 
  23.     try { 
  24.       // 生成KEY 
  25.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede"); 
  26.       // 必須長度是：112或168 
  27. //            keyGenerator.init(168); 
  28.       keyGenerator.init(new SecureRandom()); 
  29.       // 產(chǎn)生密鑰 
  30.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  31.       // 獲取密鑰 
  32.       byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); 
  33.  
  34.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  35.       DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey); 
  36.       SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede"); 
  37.       Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); 
  38.  
  39.       // 加密 
  40.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding"); 
  41.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  42.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  43.       System.out.println("jdk 3des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  44.  
  45.       // 解密 
  46.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  47.       result = cipher.doFinal(result); 
  48.       System.out.println("jdk 3des decrypt:" + new String(result)); 
  49.  
  50.     } catch (Exception e) { 
  51.       e.printStackTrace(); 
  52.     } 
  53.   } 
  54.  
  55.   // 用bouncy castle實現(xiàn): 
  56.   public static void bc3DES() { 
  57.     try { 
  58.       Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); 
  59.  
  60.       // 生成KEY 
  61.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede", "BC"); 
  62.       keyGenerator.getProvider(); 
  63.       keyGenerator.init(168); 
  64.       // 產(chǎn)生密鑰 
  65.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  66.       // 獲取密鑰 
  67.       byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); 
  68.  
  69.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  70.       DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey); 
  71.       SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede"); 
  72.       Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); 
  73.  
  74.       // 加密 
  75.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding"); 
  76.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  77.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  78.       System.out.println("bc 3des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  79.  
  80.       // 解密 
  81.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); 
  82.       result = cipher.doFinal(result); 
  83.       System.out.println("bc 3des decrypt:" + new String(result)); 
  84.  
  85.     } catch (Exception e) { 
  86.       e.printStackTrace(); 
  87.     } 
  88.   } 
  89. } 

4.對稱加密算法-AES

高級加密標(biāo)準(zhǔn)(英語：Advanced Encryption Standard，縮寫：AES)，在密碼學(xué)中又稱Rijndael加密法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES，已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。經(jīng)過五年的甄選流程，高級加密標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)于2001年11月26日發(fā)布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成為有效的標(biāo)準(zhǔn)。2006年，高級加密標(biāo)準(zhǔn)已然成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一。

該算法為比利時密碼學(xué)家Joan Daemen和Vincent Rijmen所設(shè)計，結(jié)合兩位作者的名字，以Rijndael為名投稿高級加密標(biāo)準(zhǔn)的甄選流程。(Rijndael的發(fā)音近于"Rhine doll")

Java代碼實現(xiàn)：

  1. import java.security.Key; 
  2. import java.security.Security; 
  3. import javax.crypto.Cipher; 
  4. import javax.crypto.KeyGenerator; 
  5. import javax.crypto.SecretKey; 
  6. import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; 
  7. import org.apache.commons.codec.binary.Hex; 
  8. import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; 
  9.  
  10. public class AES { 
  11.  
  12.   public static final String src = "aes test"; 
  13.  
  14.   public static void main(String[] args) { 
  15.     jdkAES(); 
  16.     bcAES(); 
  17.   } 
  18.  
  19.   // 用jdk實現(xiàn): 
  20.   public static void jdkAES() { 
  21.     try { 
  22.       // 生成KEY 
  23.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES"); 
  24.       keyGenerator.init(128); 
  25.       // 產(chǎn)生密鑰 
  26.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  27.       // 獲取密鑰 
  28.       byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded(); 
  29.  
  30.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  31.       Key key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES"); 
  32.  
  33.       // 加密 
  34.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
  35.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); 
  36.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  37.       System.out.println("jdk aes encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  38.  
  39.       // 解密 
  40.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); 
  41.       result = cipher.doFinal(result); 
  42.       System.out.println("jdk aes decrypt:" + new String(result)); 
  43.     } catch (Exception e) { 
  44.       e.printStackTrace(); 
  45.     } 
  46.   } 
  47.  
  48.   // 用bouncy castle實現(xiàn): 
  49.   public static void bcAES() { 
  50.     try { 
  51.       Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); 
  52.  
  53.       // 生成KEY 
  54.       KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES", "BC"); 
  55.       keyGenerator.getProvider(); 
  56.       keyGenerator.init(128); 
  57.       // 產(chǎn)生密鑰 
  58.       SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); 
  59.       // 獲取密鑰 
  60.       byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded(); 
  61.  
  62.       // KEY轉(zhuǎn)換 
  63.       Key key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES"); 
  64.  
  65.       // 加密 
  66.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
  67.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); 
  68.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  69.       System.out.println("bc aes encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  70.  
  71.       // 解密 
  72.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); 
  73.       result = cipher.doFinal(result); 
  74.       System.out.println("bc aes decrypt:" + new String(result)); 
  75.     } catch (Exception e) { 
  76.       e.printStackTrace(); 
  77.     } 
  78.   } 
  79. } 

5.對稱加密算法-PBE

PBE算法(Password Based Encryption，基于口令加密)是一種基于口令的加密算法，其特點是使用口令代替了密鑰，而口令由用戶自己掌管，采用隨機數(shù)雜湊多重加密等方法保證數(shù)據(jù)的安全性。

PBE算法在加密過程中并不是直接使用口令來加密，而是加密的密鑰由口令生成，這個功能由PBE算法中的KDF函數(shù)完成。KDF函數(shù)的實現(xiàn)過程為：將用戶輸入的口令首先通過“鹽”(salt)的擾亂產(chǎn)生準(zhǔn)密鑰，再將準(zhǔn)密鑰經(jīng)過散列函數(shù)多次迭代后生成最終加密密鑰，密鑰生成后，PBE算法再選用對稱加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以選擇DES、3DES、RC5等對稱加密算法。

具體實現(xiàn)如下：

Java代碼實現(xiàn)：

  1. import java.security.Key; 
  2. import java.security.SecureRandom; 
  3. import javax.crypto.Cipher; 
  4. import javax.crypto.SecretKeyFactory; 
  5. import javax.crypto.spec.PBEKeySpec; 
  6. import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec; 
  7. import org.apache.commons.codec.binary.Hex; 
  8.  
  9. public class PBE { 
  10.  
  11.   public static final String src = "pbe test"; 
  12.  
  13.   public static void main(String[] args) { 
  14.     jdkPBE(); 
  15.   } 
  16.  
  17.   // 用jdk實現(xiàn): 
  18.   public static void jdkPBE() { 
  19.     try { 
  20.       // 初始化鹽 
  21.       SecureRandom random = new SecureRandom(); 
  22.       byte[] salt = random.generateSeed(8); 
  23.  
  24.       // 口令與密鑰 
  25.       String password = "timliu"; 
  26.       PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray()); 
  27.       SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHMD5andDES"); 
  28.       Key key = factory.generateSecret(pbeKeySpec); 
  29.  
  30.       // 加密 
  31.       PBEParameterSpec pbeParameterSpac = new PBEParameterSpec(salt, 100); 
  32.       Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWITHMD5andDES"); 
  33.       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, pbeParameterSpac); 
  34.       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); 
  35.       System.out.println("jdk pbe encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); 
  36.  
  37.       // 解密 
  38.       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, pbeParameterSpac); 
  39.       result = cipher.doFinal(result); 
  40.       System.out.println("jdk pbe decrypt:" + new String(result)); 
  41.     } catch (Exception e) { 
  42.       e.printStackTrace(); 
  43.     } 
  44.   } 
  45. } 

應(yīng)用舉例：

 

責(zé)任編輯：武曉燕 來源： 薛勤的博客
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