JAVA各种加密与解密方式

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一、凯撒加密

在密码学中，凯撒加密是一种最简单且最广为人知的加密技术。它是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。这个加密方法是以罗马共和时期恺撒的名字命名的，当年恺撒曾用此方法与其将军们进行联系。

public class caesarCipher {
    public static void main(String[] args) {
        String show = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ~~";
        int key = 3;
        String ciphertext = encryption(show, key, true);
        System.out.println(ciphertext);

        String showText = encryption(ciphertext, key, false);
        System.out.println(showText);
    }

    /**
     * @param text 明文/密文
     * @param key  位移
     * @param mode 加密/解密  true/false
     * @return 密文/明文
     */
    private static String encryption(String text, int key, boolean mode) {
        char[] chars = text.toCharArray();
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (char aChar : chars) {
            int a = mode ? aChar + key : aChar - key;
            char newa = (char) a;
            sb.append(newa);
        }
        return sb.toString();
    }
}

明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ~~

密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]

注意：当字符的ASCII码 + 偏移量 > 127，密文转化出来会乱码，~（波浪号）：126+3=129

二、Base64

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。

base64 : A-Z a-z 0-9 + /

Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3*8 = 4*6 = 24），然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.exceptions.Base64DecodingException;
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import java.nio.charset.StandardCharsets;


public class base64Demo {
    public static void main(String[] args) throws Base64DecodingException {
        //MQ==   一个字节补两个=
        System.out.println(Base64.encode("1".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
        //MTE=   两个字节补一个=
        System.out.println(Base64.encode("11".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
        //MTEx
        System.out.println(Base64.encode("111".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
        //解密11
        System.out.println(new String(Base64.decode("MTE=")));
    }

}

三、信息摘要算法（MD5 或 SHA）

信息摘要是安全的单向哈希函数，它接收任意大小的数据，并输出固定长度的哈希值。

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.HashMap;

//信息摘要是安全的单向哈希函数，它接收任意大小的数据，并输出固定长度的哈希值。
public class DigestDemo {

    /**
     * @param input     明文
     * @param algorithm 算法  MD5 | sha-1 SHA-256 |
     * @return 密文  Base64 & Hex
     */
    private static String toHexOrBase64(String input, String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException {
        MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance(algorithm);
        byte[] digest1 = digest.digest(input.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        String base64 = Base64.encode(digest1);
        StringBuffer haxValue = new StringBuffer();
        for (byte b : digest1) {
            //0xff是16进制数，这个刚好8位都是1的二进制数，而且转成int类型的时候，高位会补0
            int val = ((int) b) & 0xff;//只取得低八位
            //在&正数byte值的话，对数值不会有改变 在&负数数byte值的话，对数值前面补位的1会变成0，
            if (val < 16) {
                haxValue.append("0");//位数不够，高位补0
            }
            haxValue.append(Integer.toHexString(val));
        }
        HashMap<String, String> DigestMap = new HashMap<>();
        DigestMap.put("Base64", base64);
        DigestMap.put("Hex", String.valueOf(haxValue));
        return JSON.toJSONString(DigestMap);
    }
}

加密原文：123456

算法	Base64
`MD5`	4QrcOUm6Wau+VuBX8g+IPg==
`sha-1`	fEqNCco3Yq9h5ZUglD3CZJT4lBs=
`sha-256`	jZae727K08KaOmKSgOaGzww/XVqGr/PKEgIMkjrcbJI=

算法	Hex
MD5	e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
sha-1	7c4a8d09ca3762af61e59520943dc26494f8941b
sha-256	8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92

四、对称加密（Des，Triple Des，AES）

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。常用的单向加密算法：

DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合；
3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高；
AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，支持128、192、256位密钥的加密；

加密原文：你好世界！！

import com.sun.org.apache.xerces.internal.impl.dv.util.Base64;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;


public class desOrAesDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String text = "你好世界！！";

        String key = "12345678";//des必须8字节
        // 算法/模式/填充  默认 DES/ECB/PKCS5Padding
        String transformation = "DES";

        String key1 = "1234567812345678";//aes必须16字节
        String transformation1 = "AES";

        String key2 = "123456781234567812345678";//TripleDES使用24字节的key
        String transformation2 = "TripleDes";

        String extracted = extracted(text, key, transformation, true);
        System.out.println("DES加密：" + extracted);
        String extracted1 = extracted(extracted, key, transformation, false);
        System.out.println("解密：" + extracted1);


        String extracted2 = extracted(text, key1, transformation1, true);
        System.out.println("AES加密：" + extracted2);
        String extracted3 = extracted(extracted2, key1, transformation1, false);
        System.out.println("解密：" + extracted3);

        String extracted4 = extracted(text, key2, transformation2, true);
        System.out.println("Triple Des加密：" + extracted4);
        String extracted5 = extracted(extracted, key2, transformation2, false);
        System.out.println("解密：" + extracted5);
    }

    /**
     * @param text           明文/base64密文
     * @param key            密钥
     * @param transformation 转换方式
     * @param mode           加密/解密
     */
    private static String extracted(String text, String key, String transformation, boolean mode) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        //    key          与给定的密钥内容相关联的密钥算法的名称
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), transformation);
        //Cipher 的操作模式,加密模式：ENCRYPT_MODE、 解密模式：DECRYPT_MODE、包装模式：WRAP_MODE 或 解包装：UNWRAP_MODE）
        cipher.init(mode ? Cipher.ENCRYPT_MODE : Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] bytes = cipher.doFinal(mode ? text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8) : Base64.decode(text));
        return mode ? Base64.encode(bytes) : new String(bytes);
    }


}

算法	密匙	密文
`DES`	`12345678 8位`	j+tPzTH7ttEeK+FrJaLY8OwmOezdN8hF
`AES`	`12345678*2 16位`	/+cq03JhyvrTIJyYvWwc2Dc/bFUBNKelKPSANnWgsAw=
`TripleDes`	12345678*3 24位	j+tPzTH7ttEeK+FrJaLY8OwmOezdN8hF

五、非对称加密

公钥加密，也叫非对称（密钥）加密（public key encryption），属于通信科技下的网络安全二级学科，指的是由对应的一对唯一性密钥（即公开密钥和私有密钥）组成的加密方法。它解决了密钥的发布和管理问题，是商业密码的核心。在公钥加密体制中，没有公开的是私钥，公开的是公钥。常用的算法：

RSA、ElGamal、背包算法、Rabin(Rabin的加密法可以说是RSA方法的特例)、Diffie-Hellman (D-H) 密钥交换协议中的公钥加密算法、Elliptic Curve Cryptography（ECC,椭圆曲线加密算法）。

1.生成公钥和私钥文件

目前JDK1.8支持 RSA、DSA、DIFFIEHELLMAN、EC

/**
 * 生成公钥和私钥文件
 * @param algorithm   算法
 * @param privatePath 私钥路径
 * @param publicPath  公钥路径
 */    
private static void generateKeyFile(String algorithm, String privatePath, String publicPath) throws NoSuchAlgorithmException, IOException {
        //返回生成指定算法的 public/private 密钥对的 KeyPairGenerator 对象
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        //生成一个密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        //公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

        byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
        byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();

        String privateEncodeString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
        String publicEncodeString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
        //需导入commons-io
        FileUtils.writeStringToFile(new File(privatePath), privateEncodeString, StandardCharsets.UTF_8);
        FileUtils.writeStringToFile(new File(publicPath), publicEncodeString, StandardCharsets.UTF_8);
}

2.使用RSA进行加密、解密

package cryptography;

import com.sun.org.apache.xml.internal.security.exceptions.Base64DecodingException;
import com.sun.org.apache.xml.internal.security.utils.Base64;
import org.apache.commons.io.FileUtils;
import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.*;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

public class RSADemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       
        String text = "===你好世界===";
        String algorithm = "RSA";

        PublicKey publicKey = getPublicKey(algorithm, "rsaKey/publicKey2.txt");
        PrivateKey privateKey = getPrivateKey(algorithm, "rsaKey/privateKey2.txt");
        
        String s = RSAEncrypt(text, algorithm, publicKey);
        String s1 = RSADecrypt(s, algorithm, privateKey);

        System.out.println(s);
        System.out.println(s1);
        
        //generateKeyFile("DSA","D:\\privateKey2.txt","D:\\publicKey2.txt");

    }

    /**
     * 获取公钥,key
     * @param algorithm  算法
     * @param publicPath 密匙文件路径
     * @return
     */
    private static PublicKey getPublicKey(String algorithm, String publicPath) throws IOException, NoSuchAlgorithmException, Base64DecodingException, InvalidKeySpecException {
        String publicEncodeString = FileUtils.readFileToString(new File(publicPath), StandardCharsets.UTF_8);
        //返回转换指定算法的 public/private 关键字的 KeyFactory 对象。
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        //此类表示根据 ASN.1 类型 SubjectPublicKeyInfo 进行编码的公用密钥的 ASN.1 编码
        X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decode(publicEncodeString));
        return keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
    }

    /**
     * 获取私钥，key
     * @param algorithm   算法
     * @param privatePath 密匙文件路径
     * @return
     */
    private static PrivateKey getPrivateKey(String algorithm, String privatePath) throws IOException, NoSuchAlgorithmException, Base64DecodingException, InvalidKeySpecException {
        String privateEncodeString = FileUtils.readFileToString(new File(privatePath), StandardCharsets.UTF_8);
        //返回转换指定算法的 public/private 关键字的 KeyFactory 对象。
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        //创建私钥key的规则  此类表示按照 ASN.1 类型 PrivateKeyInfo 进行编码的专用密钥的 ASN.1 编码
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decode(privateEncodeString));
        //私钥对象
        return keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
    }

    /**
     * 加密
     * @param text      明文
     * @param algorithm 算法
     * @param key       私钥/密钥
     * @return 密文
     */
    private static String RSAEncrypt(String text, String algorithm, Key key) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, NoSuchProviderException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        byte[] bytes = cipher.doFinal(text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Base64.encode(bytes);
    }

    /**
     * 解密
     * @param extracted 密文
     * @param algorithm 算法
     * @param key       密钥/私钥
     * @return String 明文
     */
    private static String RSADecrypt(String extracted, String algorithm, Key key) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, Base64DecodingException, NoSuchProviderException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        byte[] bytes1 = cipher.doFinal(Base64.decode(extracted));
        return new String(bytes1);
    }

    /**
     * 生成公钥和私钥文件
     * @param algorithm   算法
     * @param privatePath 私钥路径
     * @param publicPath  公钥路径
     */
    private static void generateKeyFile(String algorithm, String privatePath, String publicPath) throws NoSuchAlgorithmException, IOException {
        //返回生成指定算法的 public/private 密钥对的 KeyPairGenerator 对象
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        //生成一个密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        //公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

        byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
        byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();

        String privateEncodeString = Base64.encode(privateKeyEncoded);
        String publicEncodeString = Base64.encode(publicKeyEncoded);
        //需导入commons-io
        FileUtils.writeStringToFile(new File(privatePath), privateEncodeString, StandardCharsets.UTF_8);
        FileUtils.writeStringToFile(new File(publicPath), publicEncodeString, StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

密文（明文：===你好世界===）

ZBadyYCIck2iYV8RtsY35T1GbaYt9aLS51dcws5H4IcrOH+i6/8AIEdgtwJO3p1ccqKP6XTwQAWm
ceJ7kpsk76nvFD8Hg2pLYzH2oEE+oy07bLBdBiE+zVFkP+0DL+nrsHO4elQxc9BSslj5wGLQqbb1
Mxh9Tcpf5zJEOxdBZvE=

六、查看系统支持的算法

public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("列出加密服务提供者:");
        Provider[] pro=Security.getProviders();
        for(Provider p:pro){
            System.out.println("Provider:"+p.getName()+" - version:"+p.getVersion());
            System.out.println(p.getInfo());
        }
        System.out.println("=======");

        System.out.println("列出系统支持的消息摘要算法：");
        for(String s:Security.getAlgorithms("MessageDigest")){
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("=======");

        System.out.println("列出系统支持的生成公钥和私钥对的算法：");
        for(String s:Security.getAlgorithms("KeyPairGenerator")){
            System.out.println(s);
        }
}

其他加密算法可以使用 Bouncy Castle Crypto包

<dependency>
    <groupId>org.bouncycastle</groupId>
    <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
    <version>1.70</version>
</dependency>

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