非對(duì)稱加密算法---加密學(xué)習(xí)筆記（四）

shuixin297 2017-09-13

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介紹：

非對(duì)稱加密相對(duì)與對(duì)稱加密算法來說是高級(jí)的,。
舉個(gè)雙保險(xiǎn)的例子：
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銀行的保險(xiǎn)柜，客戶往銀行的保險(xiǎn)柜存貴重東西,，這個(gè)保險(xiǎn)柜的鑰匙會(huì)有兩把,，客戶有一把,，銀行有一把,。如果想打開保險(xiǎn)柜就需要銀行的鑰匙和客戶的鑰匙一塊使用才能打開保險(xiǎn)柜。

公鑰,，私鑰：客戶和銀行的鑰匙
公鑰：是通過非安全的通道發(fā)放的,，也就是說是公開的方式
私鑰：自己保存的。

公鑰和私鑰一般是成對(duì)出現(xiàn)的,，使用公鑰加密的數(shù)據(jù)只有與它對(duì)應(yīng)的私鑰才能解開,。
在非對(duì)稱加密算法中有一些算法是可以公鑰加密私鑰解密，私鑰加密公鑰解密都支持的,，有一些算法只支持一種方式的,。

非對(duì)稱加密算法種類：
DH(Diffie-Hellman)：密鑰交換算法
RSA：基于因子分解，既能用于數(shù)字加密也能用于數(shù)字簽名
Elgamal：基于離散對(duì)數(shù)
ECC（Elliptical Curve Cryptography）：橢圓曲線加密

DH

對(duì)稱加密算法的弊端：
對(duì)稱加密算法中公布密鑰這個(gè)步驟會(huì)有問題,，發(fā)送密鑰的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)泄露密鑰的情況,。一旦密鑰被泄露，那么所有的數(shù)據(jù)就很容易被破解掉,。

但是DH(密鑰交換算法)是通過構(gòu)建本地密鑰來解決密鑰容易在傳遞中泄露的問題的,。

這里寫圖片描述

初始化發(fā)送方密鑰涉及的三個(gè)類：
1. KeyPairGenerator（通過KeyPairGenerator來得到KeyPair類的對(duì)象）

//創(chuàng)建KeyPairGenerator對(duì)象
KeyPairGenerator senderKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");//"DH"指定算法的名稱1
2

2 KeyPair(得到密鑰對(duì),，包括公鑰和私鑰)
3. PublicKey：公鑰

初始化接收方密鑰涉及到的類：
1. KeyFactory：作用是生成密鑰（包括公鑰和私鑰）
generatePublic()方法用來生成公鑰
generatePrivate()方法用來生成私鑰

2 X509EncodedKeySpec：根據(jù)ASN.1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行密鑰編碼
3. DHPublicKey：是PublicKey的某種具體的形式
4. DHParameterSpec：隨從著DH算法來使用的參數(shù)的集合
5. KeyPairGenerator：通過KeyPairGenerator來得到KeyPair類的對(duì)象
6. PrivateKey：私鑰

密鑰構(gòu)建涉及的類

KeyAgreement：提供密鑰一致性（或密鑰交換）協(xié)議的功能

//生成實(shí)現(xiàn)指定密鑰一致算法的KeyAgreement對(duì)象
static keyAgreement getInstance(String algorithm)1
2

//為來自指定提供程序的指定密鑰一致算法生成一個(gè)KeyAgreement對(duì)象
static keyAgreement getInstance(String algorithm,Provider provider)1
2

2 SecretKey：生成一個(gè)分組的秘密密鑰，同時(shí)提供了相應(yīng)的類型安全的操作
3. KeyFactory
4. X509EncodedKeySpec
5. PublicKey

加解密涉及到的類：
Cipher

例子

package com.timliu.security.asymmetric_encryption;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Objects;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class DHTest {
    public static final String src = "hello world";

    public static void main(String[] args) {
        jdkDH();
    }

    // jdk實(shí)現(xiàn)：
    public static void jdkDH() {
        try {
            /*
             * 發(fā)送方的操作
             */
            // 1.初始化發(fā)送方密鑰
            KeyPairGenerator senderKeyPairGenerator = KeyPairGenerator
                    .getInstance("DH");
            senderKeyPairGenerator.initialize(512);//設(shè)置長度
            KeyPair senderKeyPair = senderKeyPairGenerator.generateKeyPair();//生成keypair
            // 保存了發(fā)送方公鑰的字節(jié)數(shù)組,，發(fā)送給接收方（發(fā)送方式：網(wǎng)絡(luò),、文件。,。,。）
            byte[] senderPublicKeyEnc = senderKeyPair.getPublic().getEncoded();

            /*
             * 接收方的操作
             */
            // 2.初始化接收方密鑰
            KeyFactory receiverKeyFactory = KeyFactory.getInstance("DH");
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(senderPublicKeyEnc);
            PublicKey receiverPublicKey = receiverKeyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            DHParameterSpec dhParameterSpec = ((DHPublicKey) receiverPublicKey).getParams();

            KeyPairGenerator receiverKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
            receiverKeyPairGenerator.initialize(dhParameterSpec);
            KeyPair receiverKeypair = receiverKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PrivateKey receiverPrivateKey = receiverKeypair.getPrivate();
            //保存了接收方公鑰的字節(jié)數(shù)組，發(fā)送給發(fā)送方（發(fā)送方式：網(wǎng)絡(luò),，文件,。。,。,。）
            byte[] receiverPublicKeyEnc = receiverKeypair.getPublic().getEncoded();

            // 3.密鑰構(gòu)建
            KeyAgreement receiverKeyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
            receiverKeyAgreement.init(receiverPrivateKey);
            receiverKeyAgreement.doPhase(receiverPublicKey, true);
            //生成接收方的本地密鑰
            SecretKey receiverDesKey = receiverKeyAgreement.generateSecret("DES");

            /*
             * 發(fā)送方的操作
             */
            KeyFactory senderKeyFactory = KeyFactory.getInstance("DH");
            x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(receiverPublicKeyEnc);
            PublicKey senderPublicKey = senderKeyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            KeyAgreement senderKeyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
            senderKeyAgreement.init(senderKeyPair.getPrivate());
            senderKeyAgreement.doPhase(senderPublicKey, true);
            //生成發(fā)送方的本地密鑰
            SecretKey senderDesKey = senderKeyAgreement.generateSecret("DES");

            if(Objects.equals(receiverDesKey, senderDesKey)){
                System.out.println("發(fā)送方和接收方密鑰相同。");
            }else{
                System.out.println("發(fā)送方和接收方密鑰不相同");
            }

            // 4.加密
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, senderDesKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("bc dh encrypt:"+ Base64.encodeBase64String(result));

            // 5.解密
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, receiverDesKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("bc dh decrypt:" + new String(result));

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();
        }

    }

}
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運(yùn)行結(jié)果：
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DH算法的應(yīng)用場(chǎng)景
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RSA

唯一廣泛接受并實(shí)現(xiàn)的非對(duì)稱加密的算法,。
可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和數(shù)字簽名,。
提供了：
1. 公鑰加密，私鑰解密
2. 私鑰加密,，公鑰解密
這里寫圖片描述

例子：

package com.timliu.security.asymmetric_encryption;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import javax.crypto.Cipher;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class RSATest {
    public static final String src = "hello world";

    public static void main(String[] args) {
        jdkRSA();

    }

    // jdk實(shí)現(xiàn)：
    public static void jdkRSA() {
        try {
            // 1.初始化發(fā)送方密鑰
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
            RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
            System.out.println("Public Key:"+ Base64.encodeBase64String(rsaPublicKey.getEncoded()));
            System.out.println("Private Key:"+ Base64.encodeBase64String(rsaPrivateKey.getEncoded()));

            // 2.私鑰加密,、公鑰解密 ---- 加密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("私鑰加密,、公鑰解密 ---- 加密:"+ Base64.encodeBase64String(result));

            // 3.私鑰加密,、公鑰解密 ---- 解密
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            System.out.println("私鑰加密、公鑰解密 ---- 解密:" + new String(result));

            // 4.公鑰加密,、私鑰解密 ---- 加密
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec2 = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory2 = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey2 = keyFactory2.generatePublic(x509EncodedKeySpec2);
            Cipher cipher2 = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher2.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey2);
            byte[] result2 = cipher2.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("公鑰加密,、私鑰解密 ---- 加密:"+ Base64.encodeBase64String(result2));

            // 5.公鑰加密、私鑰解密 ---- 解密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec5 = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory5 = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey5 = keyFactory5.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec5);
            Cipher cipher5 = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher5.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey5);
            byte[] result5 = cipher5.doFinal(result2);
            System.out.println("公鑰加密,、私鑰解密 ---- 解密:" + new String(result5));

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}
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運(yùn)行結(jié)果：

Public Key:
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAOz8ggiZp7ly13XoE9CtW3OlXQjVbrXc8zZCdKhFagXSSFcUvGqKbdfZuvjAjET7Vec7GurqLX14w99KnxFAbD8CAwEAAQ==
Private Key:
MIIBVQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAT8wggE7AgEAAkEA7PyCCJmnuXLXdegT0K1bc6VdCNVutdzzNkJ0qEVqBdJIVxS8aopt19m6+MCMRPtV5zsa6uotfXjD30qfEUBsPwIDAQABAkAjp4nYyWVWnVSVRKlWh/5uU76/iXzyl59v1me+uVLONR7XjkQyz7Kq3uh33276FAxZtHFlabphCpZf0aqpUFuBAiEA9lAF2lMjx379oTtRJhs75iw11z7f+hpaxaUN+JMa1RECIQD2TpWxJfF20bRyDCi0U2sl2ElqdxjZe0pAAiebgr3sTwIgbEChQeHWUMBUMf9C2++ONMvrYc1FXMMmb8TpzfzBBzECIQCOB4y8JRQTHyO9bBOAwGWV4h2bneefaT/MnzF1tDOOcwIhALs3oH3XIAPBU2bFBaGqBTO//XIUoE8CfyOfPA3fvusC
私鑰加密,、公鑰解密 ---- 加密:
cIvL/HQH8gMBpD5qi99B4Cql/qZiNFc7eHfnua9qlQLGfQ436wNV9tzCQg+n7cR+/mDlAUSAvegwvk/0FD/Jmw==
私鑰加密、公鑰解密 ---- 解密:hello world
公鑰加密,、私鑰解密 ---- 加密:
rvG7tdyCbU5B4fbT2xrFPkH8tUUsepkpZwGALi56/CCpVWOyvGq/aqBS4dQJKxjwH0t0pfWzt+iw3fJe3qTwGg==
公鑰加密,、私鑰解密 ---- 解密:hello world
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RSA應(yīng)用場(chǎng)景：
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ElGamal

提供公鑰加密算法。
基于離散對(duì)數(shù),。
JDK沒有提供ElGamal算法的實(shí)現(xiàn),，是Bouncy Castle提供的。
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例子：

package com.timliu.security.asymmetric_encryption;

import java.security.AlgorithmParameterGenerator;
import java.security.AlgorithmParameters;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

public class ElGamalTest {

    public static final String src = "hello world";

    public static void main(String[] args) {
        BCElgamal();
    }

    /**
     * 
     * 對(duì)于：“Illegal key size or default
     * parameters”異常,，是因?yàn)槊绹某隹谙拗?，Sun通過權(quán)限文件（local_policy
     * .jar、US_export_policy.jar）做了相應(yīng)限制,。因此存在一些問題： Java 6
     * 無政策限制文件：http://www.oracle
     * .com/technetwork/java/javase/downloads/jce-6-download-429243.html Java 7
     * 無政策限制文件
     * ：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jce-7-download
     * -432124.html 我的時(shí)java7,，自己安裝的,。
     * /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.7.0_71
     * .jdk/Contents/Home/jre/lib/security目錄下
     * ，對(duì)應(yīng)覆蓋local_policy.jar和US_export_policy.jar兩個(gè)文件,。
     * 
     * 切換到%JDK_Home%\jre\lib\security目錄下,，對(duì)應(yīng)覆蓋local_policy.jar和US_export_policy.
     * jar兩個(gè)文件。同時(shí),，你可能有必要在%JRE_Home%\lib\security目錄下,，也需要對(duì)應(yīng)覆蓋這兩個(gè)文件。
     */

    // BC實(shí)現(xiàn)：“私鑰解密,、公鑰加密” ,， 對(duì)于：“私鑰加密、公鑰解密”有問題,，因?yàn)镋lgamal不支持
    public static void BCElgamal() {
        try {
            // 加入對(duì)BouncyCastle支持
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

            // 1.初始化發(fā)送方密鑰
            AlgorithmParameterGenerator algorithmParameterGenerator = AlgorithmParameterGenerator
                    .getInstance("Elgamal");
            // 初始化參數(shù)生成器
            algorithmParameterGenerator.init(256);
            // 生成算法參數(shù)
            AlgorithmParameters algorithmParameters = algorithmParameterGenerator
                    .generateParameters();
            // 構(gòu)建參數(shù)材料
            DHParameterSpec dhParameterSpec = (DHParameterSpec) algorithmParameters
                    .getParameterSpec(DHParameterSpec.class);
            // 實(shí)例化密鑰生成器
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator
                    .getInstance("Elgamal");
            // 初始化密鑰對(duì)生成器
            keyPairGenerator.initialize(dhParameterSpec, new SecureRandom());
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            // 公鑰
            PublicKey elGamalPublicKey = keyPair.getPublic();
            // 私鑰
            PrivateKey elGamalPrivateKey = keyPair.getPrivate();
            System.out.println("Public Key:"
                    + Base64.encodeBase64String(elGamalPublicKey.getEncoded()));
            System.out
                    .println("Private Key:"
                            + Base64.encodeBase64String(elGamalPrivateKey
                                    .getEncoded()));

            // 2.私鑰解密,、公鑰加密 ---- 加密
            // 初始化公鑰
            // 密鑰材料轉(zhuǎn)換
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec2 = new X509EncodedKeySpec(
                    elGamalPublicKey.getEncoded());
            // 實(shí)例化密鑰工廠
            KeyFactory keyFactory2 = KeyFactory.getInstance("Elgamal");
            // 產(chǎn)生公鑰
            PublicKey publicKey2 = keyFactory2
                    .generatePublic(x509EncodedKeySpec2);
            // 數(shù)據(jù)加密
            // Cipher cipher2 = Cipher.getInstance("Elgamal");
            Cipher cipher2 = Cipher.getInstance(keyFactory2.getAlgorithm());
            cipher2.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey2);
            byte[] result2 = cipher2.doFinal(src.getBytes());
            System.out.println("私鑰加密、公鑰解密 ---- 加密:"
                    + Base64.encodeBase64String(result2));

            // 3.私鑰解密,、公鑰加密 ---- 解密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec5 = new PKCS8EncodedKeySpec(
                    elGamalPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory5 = KeyFactory.getInstance("Elgamal");
            PrivateKey privateKey5 = keyFactory5
                    .generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec5);
            // Cipher cipher5 = Cipher.getInstance("Elgamal");
            Cipher cipher5 = Cipher.getInstance(keyFactory5.getAlgorithm());
            cipher5.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey5);
            byte[] result5 = cipher5.doFinal(result2);
            System.out.println("Elgamal 私鑰加密,、公鑰解密 ---- 解密:"
                    + new String(result5));

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}
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來自： shuixin297 > 《加密算法研究》

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