数据传输加密非对称加密算法以及对称算法-RSA+AES

转载：/chay_chan/article/details/58605605

源码：/Javen205/IJPay

数据传输加密

在开发应用过程中，客户端与服务端经常需要进行数据传输，涉及到重要隐私信息时，开发者自然会想到对其进行加密，即使传输过程中被“有心人”截取，也不会将信息泄露。对于加密算法，相信不少开发者也有所耳闻，比如MD5加密，Base64加密，DES加密，AES加密，RSA加密等等。在这里我主要向大家介绍一下我在开发过程中使用到的加密算法，RSA加密算法+AES加密算法。简单地介绍一下这两种算法吧。

RSA

之所以叫RSA算法，是因为算法的三位发明者RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准，主要的算法原理就不多加介绍，如果对此感兴趣的话，建议去百度一下RSA算法。需要了解的是RSA算法属于非对称加密算法，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。简单的说是“公钥加密，私钥解密；私钥加密，公钥解密”。

AES

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

为什么要结合使用这两种算法

如果不清楚非对称算法和对称算法，也许你会问，为什么要结合使用这两种算法，单纯使用一种算法不行吗？这就要结合不同的场景和需求了。

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息不需加密的情况

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息不需加密，例如绑定银行卡的时候，需要传递用户的银行卡号，手机号等重要信息，客户端这边就需要对这些重要信息进行加密，使用RSA公钥加密，服务端使用RSA解密，然后返回一些普通信息，比如状态码code,提示信息msg,提示操作是成功还是失败。这种场景下，仅仅使用RSA加密是可以的。

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息需加密的情况

客户端传输重要信息给服务端，服务端返回的信息需加密,例如客户端登录的时候，传递用户名和密码等资料，需要进行加密，服务端验证登录信息后，返回令牌token需要进行加密，客户端解密后保存。此时就需要结合这两种算法了。至于整个流程是怎样的，在下面会慢慢通过例子向你介绍，因为如果一开始就这么多文字类的操作，可能会让读者感到一头雾水。

源码

public class RSAUtils {/** RSA最大加密明文大小 */ private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;/** RSA最大解密密文大小 */ private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;/** 加密算法RSA */ private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";/** * 生成公钥和私钥 * * @throws Exception * */ public static Map<String, String> getKeys() throws Exception {KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);keyPairGen.initialize(1024);KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();String publicKeyStr = getPublicKeyStr(publicKey);String privateKeyStr = getPrivateKeyStr(privateKey);Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();map.put("publicKey", publicKeyStr);map.put("privateKey", privateKeyStr);System.out.println("公钥\r\n" + publicKeyStr);System.out.println("私钥\r\n" + privateKeyStr);return map;} /** * 使用模和指数生成RSA公钥 * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA * /None/NoPadding】 * * @param modulus * 模 * @param exponent * 公钥指数 * @return */ public static RSAPublicKey getPublicKey(String modulus, String exponent) {try { BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);RSAPublicKeySpec keySpec = new RSAPublicKeySpec(b1, b2);return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null; } } /** * 使用模和指数生成RSA私钥 * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA * /None/NoPadding】 * * @param modulus * 模 * @param exponent * 指数 * @return */ public static RSAPrivateKey getPrivateKey(String modulus, String exponent) {try { BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);RSAPrivateKeySpec keySpec = new RSAPrivateKeySpec(b1, b2);return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return null; } } /** * 公钥加密 * @param data * @param publicKey * @return * @throws Exception */ public static String encryptByPublicKey(String data,String publicKey) throws Exception {byte[] dataByte = data.getBytes();byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(publicKey);X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);// 对数据加密 // Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm()); Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);int inputLen = dataByte.length;ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();int offSet = 0;byte[] cache;int i = 0;// 对数据分段加密 while (inputLen - offSet > 0) {if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);} else { cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, inputLen - offSet);} out.write(cache, 0, cache.length);i++;offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;} byte[] encryptedData = out.toByteArray();out.close();return Base64Utils.encode(encryptedData);} /** * 私钥解密 * * @param data * @return * @throws Exception */ public static String decryptByPrivateKey(String data,String privateKey) throws Exception {byte[] encryptedData = Base64Utils.decode(data);byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(privateKey);PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);// Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm()); Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);int inputLen = encryptedData.length;ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();int offSet = 0;byte[] cache;int i = 0;// 对数据分段解密 while (inputLen - offSet > 0) {if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);} else { cache = cipher.doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);} out.write(cache, 0, cache.length);i++;offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;} byte[] decryptedData = out.toByteArray();out.close();return new String(decryptedData);} /** * 获取模数和密钥 * * @return */ public static Map<String, String> getModulusAndKeys() {Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();try { InputStream in = RSAUtils.class.getResourceAsStream("/rsa.properties");Properties prop = new Properties();prop.load(in);String modulus = prop.getProperty("modulus");String publicKey = prop.getProperty("publicKey");String privateKey = prop.getProperty("privateKey");in.close();map.put("modulus", modulus);map.put("publicKey", publicKey);map.put("privateKey", privateKey);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} return map;} /** * 从字符串中加载公钥 * * @param publicKeyStr * 公钥数据字符串 * @throws Exception * 加载公钥时产生的异常 */ public static PublicKey loadPublicKey(String publicKeyStr) throws Exception {try { byte[] buffer = Base64Utils.decode(publicKeyStr);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new Exception("无此算法");} catch (InvalidKeySpecException e) {throw new Exception("公钥非法");} catch (NullPointerException e) {throw new Exception("公钥数据为空");} } /** * 从字符串中加载私钥<br> * 加载时使用的是PKCS8EncodedKeySpec（PKCS#8编码的Key指令）。 * * @param privateKeyStr * @return * @throws Exception */ public static PrivateKey loadPrivateKey(String privateKeyStr)throws Exception {try { byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);// X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new Exception("无此算法");} catch (InvalidKeySpecException e) {throw new Exception("私钥非法");} catch (NullPointerException e) {throw new Exception("私钥数据为空");} } public static String getPrivateKeyStr(PrivateKey privateKey)throws Exception {return new String(Base64Utils.encode(privateKey.getEncoded()));} public static String getPublicKeyStr(PublicKey publicKey) throws Exception {return new String(Base64Utils.encode(publicKey.getEncoded()));} public static void main(String[] args) throws Exception {Map<String, String> keys = getKeys();String publicKey = keys.get("publicKey");String privateKey = keys.get("privateKey");String content = "我是Javen,I am Javen";String encrypt = encryptByPublicKey(content, publicKey);String decrypt = decryptByPrivateKey(encrypt, privateKey);System.out.println("加密之后："+encrypt);System.out.println("解密之后："+decrypt);} }

/** * AES工具类，密钥必须是16位字符串 */ public class AESUtils {/**偏移量,必须是16位字符串*/ private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";/** * 默认的密钥 */ public static final String DEFAULT_KEY = "1bd83b249a414036";/** * 产生随机密钥(这里产生密钥必须是16位) */ public static String generateKey() {String key = UUID.randomUUID().toString();key = key.replace("-", "").substring(0, 16);// 替换掉-号return key;} public static String encryptData(String key, String content) {byte[] encryptedBytes = new byte[0];try { byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");// 注意，为了能与 iOS 统一 // 这里的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成 byte[] enCodeFormat = key.getBytes();SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);// 指定加密的算法、工作模式和填充方式 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);// 同样对加密后数据进行 base64 编码 // return Base64.encodeBase64String(encryptedBytes); return Base64Utils.encode(encryptedBytes);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} return null; } public static String decryptData(String key, String content) {try { // base64 解码 byte[] encryptedBytes = Base64Utils.decode(content);// byte[] encryptedBytes = Base64.decodeBase64(content); byte[] enCodeFormat = key.getBytes();SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec);byte[] result = cipher.doFinal(encryptedBytes);return new String(result, "UTF-8");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} return null; } public static void main(String[] args) {try { Map<String, String> keys = RSAUtils.getKeys();String publicKey = keys.get("publicKey");String privateKey = keys.get("privateKey");String key = generateKey();System.out.println("aes密钥："+key);String plainText = "I am Javen -By 我是Javen";plainText = encryptData(key, plainText);System.out.println("aes加密后: " + plainText );plainText = decryptData(key, plainText);System.out.println("aes解密后: " + plainText );String encrypt = RSAUtils.encryptByPublicKey(key,publicKey);System.out.println("RSA加密："+encrypt);System.out.println("RSA解密："+RSAUtils.decryptByPrivateKey(encrypt,privateKey));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} } }

/** */ /** * <p> * BASE64编码解码工具包 * </p> * <p> * 依赖javabase64-1.3.1.jar * </p> */ public class Base64Utils {/** */ /** * 文件读取缓冲区大小 */ private static final int CACHE_SIZE = 1024;/** */ /** * <p> * BASE64字符串解码为二进制数据 * </p> * * @param base64 * @return * @throws Exception */ public static byte[] decode(String base64) throws Exception {return Base64.decode(base64.getBytes());} public static String decode(byte[] b) {return new String(Base64.decode(b));} /** */ /** * <p> * 二进制数据编码为BASE64字符串 * </p> * * @param bytes * @return * @throws Exception */ public static String encode(byte[] bytes) throws Exception {return new String(Base64.encode(bytes));} /** */ /** * <p> * 将文件编码为BASE64字符串 * </p> * <p> * 大文件慎用，可能会导致内存溢出 * </p> * * @param filePath * 文件绝对路径 * @return * @throws Exception */ public static String encodeFile(String filePath) throws Exception {byte[] bytes = fileToByte(filePath);return encode(bytes);} /** */ /** * <p> * BASE64字符串转回文件 * </p> * * @param filePath * 文件绝对路径 * @param base64 * 编码字符串 * @throws Exception */ public static void decodeToFile(String filePath, String base64)throws Exception {byte[] bytes = decode(base64);byteArrayToFile(bytes, filePath);} /** */ /** * <p> * 文件转换为二进制数组 * </p> * * @param filePath * 文件路径 * @return * @throws Exception */ public static byte[] fileToByte(String filePath) throws Exception {byte[] data = new byte[0];File file = new File(filePath);if (file.exists()) {FileInputStream in = new FileInputStream(file);ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(2048);byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];int nRead = 0;while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {out.write(cache, 0, nRead);out.flush();} out.close();in.close();data = out.toByteArray();} return data;} /** */ /** * <p> * 二进制数据写文件 * </p> * * @param bytes * 二进制数据 * @param filePath * 文件生成目录 */ public static void byteArrayToFile(byte[] bytes, String filePath)throws Exception {InputStream in = new ByteArrayInputStream(bytes);File destFile = new File(filePath);if (!destFile.getParentFile().exists()) {destFile.getParentFile().mkdirs();} destFile.createNewFile();OutputStream out = new FileOutputStream(destFile);byte[] cache = new byte[CACHE_SIZE];int nRead = 0;while ((nRead = in.read(cache)) != -1) {out.write(cache, 0, nRead);out.flush();} out.close();in.close();} }

/** * des加密、解密 */ public class DESUtils {// 指定DES加密解密所用的密钥 private static Key key;/** * 加密key为空, 默认为类名 */ public DESUtils() { setkey(this.getClass().getName());} /** * 设置加密key * * @param keyStr * 加密key值 */ public DESUtils(String keyStr) {setkey(keyStr);} /** * 设置加密的校验码 */ private void setkey(String keyStr) {try { // L.cm -01-20 将加密的密匙Base64 // fix Caused by: java.security.InvalidKeyException: Wrong key size String desKey = Base64.encodeBase64String(keyStr.getBytes("UTF-8"));DESKeySpec objDesKeySpec = new DESKeySpec(desKey.getBytes("UTF-8"));SecretKeyFactory objKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");key = objKeyFactory.generateSecret(objDesKeySpec);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} } /** * 对字符串进行DES加密，返回BASE64编码的加密字符串 * @param str * @return */ public final String encryptString(String str) {byte[] bytes = str.getBytes();try { Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);byte[] encryptStrBytes = cipher.doFinal(bytes);return Base64.encodeBase64URLSafeString(encryptStrBytes);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} } /** * 对BASE64编码的加密字符串进行解密，返回解密后的字符串 * @param str * @return */ public final String decryptString(String str) {try { byte[] bytes = Base64.decodeBase64(str);Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);bytes = cipher.doFinal(bytes);return new String(bytes);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} } public static void main(String[] args) {String keyStr="9cc9b11a7a0747d4b19d30a324a84dc5";System.out.println("keyStr:"+keyStr);DESUtils desUtils=new DESUtils(keyStr);String sourceStr="12345678";System.out.println("加密前的Str："+sourceStr);String encryptString = desUtils.encryptString(sourceStr);System.out.println("加密之后："+encryptString);String decryptString = desUtils.decryptString(encryptString);System.out.println("解密之后："+decryptString);} }