第十一章非对称加密算法--DH-白红宇

第十一章非对称加密算法--DH

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发布时间：2019-06-28

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注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第8章“高等加密算法--非对称加密算法”

11.1、非对称加密算法

特点：

发送方和接收方均有一个密钥对（公钥+私钥），其中公钥传播，私钥自己保存，不需要传播

私钥不需要传播的特性解决了对称加密算法中密钥传播的困难（这个困难一般通过线下传递可以解决）

加密安全性极高，只用于一些电子商务网站，加解密速度远低于对称加密

一般情况下，为了解决非对称加密算法加解密速度低的问题，采用非对称加密（使用公钥+私钥对对称加密的密钥进行加解密）+对称加密（加解密数据）相结合的方式。

常见算法：

DH（非对称加密的基石）

RSA（非对称加密的经典，除了可用于非对称加密，也可用于数字签名，RSA--155(512位密钥)已被破解）

ElGamal

11.2、DH（仅能用于密钥分配，不能加解密数据）

实现方式：

JDK（密钥长度：512~1024中的64的整数倍）

几个概念：

密钥对：公钥+私钥

本地密钥：对称加密的密钥

整个流程：

1）甲乙双方初始化各自的密钥对

甲方构建出密钥对keyPair1-->乙方使用甲方的密钥对中的公钥publicKey1构建出自己的密钥对keyPair2

2）甲乙双方构建各自的本地密钥

甲方使用自己的私钥privateKey1+乙方的公钥publicKey2构建出自己的本地密钥key1

乙方使用自己的私钥privateKey2+甲方的公钥publicKey1构建出自己的本地密钥key2

最后会发现key1==key2，这两个本地密钥将会是接下来对对称加密所使用的密钥

3）发送方（甲方或乙方均可）使用本地密钥+对称加密算法对待加密数据进行加密，传递给接收方

4）接收方使用本地密钥+对称加密算法对待解密数据进行解密

package com.util.dh;import java.io.UnsupportedEncodingException;import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;import java.security.InvalidKeyException;import java.security.Key;import java.security.KeyFactory;import java.security.KeyPair;import java.security.KeyPairGenerator;import java.security.NoSuchAlgorithmException;import java.security.PrivateKey;import java.security.PublicKey;import java.security.spec.InvalidKeySpecException;import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;import javax.crypto.BadPaddingException;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;import javax.crypto.KeyAgreement;import javax.crypto.NoSuchPaddingException;import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Base64;/** * 基于JDK的DH算法，工作模式采用ECB */public class DHJDK {    private static final String ENCODING = "UTF-8";    private static final String FDC_KEY_ALGORITHM = "DH";//非对称加密密钥算法    private static final String DC_KEY_ALGORITHM = "AES";//产生本地密钥的算法（对称加密密钥算法）    private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";//加解密算法 格式：算法/工作模式/填充模式 注意：ECB不使用IV参数    private static final int FDC_KEY_SIZE = 512;//非对称密钥长度（512~1024之间的64的整数倍）        /**     * 生成甲方密钥对     */    public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器        keyPairGenerator.initialize(FDC_KEY_SIZE);//指定密钥长度        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对        return keyPair;    }        /**     * 生成乙方密钥对     * @param key 甲方公钥     */    public static KeyPair initKey(byte[] key) throws NoSuchAlgorithmException,                                                      InvalidKeySpecException,                                                      InvalidAlgorithmParameterException{        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂        PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(key));//还原甲方公钥        DHParameterSpec dHParameterSpec = ((DHPublicKey)publicKey).getParams();                KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());//乙方密钥对生成器        keyPairGenerator.initialize(dHParameterSpec);//使用甲方公钥参数初始化乙方密钥对生成器        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对        return keyPair;    }        /**     * DH加密     * @param data     带加密数据     * @param keyByte  本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生     */    public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,                                                                      NoSuchPaddingException,                                                                      InvalidKeyException,                                                                      IllegalBlockSizeException,                                                                      BadPaddingException,                                                                      UnsupportedEncodingException {        Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//设置加密模式并且初始化key        return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));    }        /**     * DH解密     * @param data        待解密数据为字节数组     * @param keyByte    本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生     */    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,                                                                      NoSuchPaddingException,                                                                      InvalidKeyException,                                                                      IllegalBlockSizeException,                                                                      BadPaddingException {        Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);        return cipher.doFinal(data);    }        /**     * 根据本方私钥与对方公钥构建本地密钥（即对称加密的密钥）     * @param publicKey        对方公钥     * @param privateKey    本方私钥     */    public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws NoSuchAlgorithmException,                                                                                   InvalidKeySpecException,                                                                                   InvalidKeyException{        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂        PublicKey pubkey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKey));//还原公钥        PrivateKey prikey = keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey));//还原私钥                KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());        keyAgreement.init(prikey);        keyAgreement.doPhase(pubkey, true);        return keyAgreement.generateSecret(DC_KEY_ALGORITHM).getEncoded();//生成本地密钥（对称加密的密钥）    }        /**     * 获取公钥     */    public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){        return keyPair.getPublic().getEncoded();    }        /**     * 获取私钥     */    public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){        return keyPair.getPrivate().getEncoded();    }        /**     * 测试     */    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,                                                   InvalidKeySpecException,                                                   InvalidAlgorithmParameterException,                                                   InvalidKeyException,                                                   NoSuchPaddingException,                                                   IllegalBlockSizeException,                                                   BadPaddingException,                                                   UnsupportedEncodingException {        byte[] pubKey1;//甲方公钥        byte[] priKey1;//甲方私钥        byte[] key1;//甲方本地密钥        byte[] pubKey2;//乙方公钥        byte[] priKey2;//乙方私钥        byte[] key2;//乙方本地密钥                /*********************测试是否可以正确生成以上6个key，以及key1与key2是否相等*********************/        KeyPair keyPair1 = DHJDK.initKey();//生成甲方密钥对        pubKey1 = DHJDK.getPublicKey(keyPair1);        priKey1 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair1);                KeyPair keyPair2 = DHJDK.initKey(pubKey1);//根据甲方公钥生成乙方密钥对        pubKey2 = DHJDK.getPublicKey(keyPair2);        priKey2 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair2);                key1 = DHJDK.getSecretKey(pubKey2, priKey1);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥        key2 = DHJDK.getSecretKey(pubKey1, priKey2);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥                System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);        System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);        System.out.println("乙方公钥pubKey2-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey2)+"@@pubKey2.length-->"+pubKey2.length);        System.out.println("乙方私钥priKey2-->"+Base64.encodeBase64String(priKey2)+"@@priKey2.length-->"+priKey2.length);        System.out.println("甲方密钥key1-->"+Base64.encodeBase64String(key1));        System.out.println("乙方密钥key2-->"+Base64.encodeBase64String(key2));                /*********************测试甲方使用本地密钥加密数据向乙方发送，乙方使用本地密钥解密数据*********************/        System.out.println("甲方-->乙方");        String data = "找一个好姑娘啊！";        byte[] encodeStr = DHJDK.encrypt(data, key1);        System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));        byte[] decodeStr = DHJDK.decrypt(encodeStr, key2);        System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));                /*********************测试乙方使用本地密钥加密数据向甲方发送，甲方使用本地密钥解密数据*********************/        System.out.println("乙方-->甲方");        String data2 = "找一个好姑娘啊！";        byte[] encodeStr2 = DHJDK.encrypt(data2, key2);        System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));        byte[] decodeStr2 = DHJDK.decrypt(encodeStr, key1);        System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));    }}

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