詳解DES加密算法及在Java程序中的使用示例
DES加密算法
DES全稱為Data Encryption Standard,即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn),是一種使用密鑰加密的塊算法,1976年被美國(guó)聯(lián)邦政府的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局確定為聯(lián)邦資料處理標(biāo)準(zhǔn)(FIPS),隨后在國(guó)際上廣泛流傳開(kāi)來(lái)。
DES算法的入口參數(shù)有三個(gè):Key、Data、Mode。其中Key為7個(gè)字節(jié)共56位,是DES算法的工作密鑰;Data為8個(gè)字節(jié)64位,是要被加密或被解密的數(shù)據(jù);Mode為DES的工作方式,有兩種:加密或解密。
DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊,它所使用的密鑰也是56位,其算法主要分為兩步:
1)初始置換
其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合,并把輸出分為L(zhǎng)0、R0兩部分,每部分各長(zhǎng)32位,其置換規(guī)則為將輸入的第58位換到第一位,第50位換到第2位……依此類推,最后一位是原來(lái)的第7位。L0、R0則是換位輸出后的兩部分,L0是輸出的左32位,R0是右32位,例:設(shè)置換前的輸入值為D1D2D3……D64,則經(jīng)過(guò)初始置換后的結(jié)果為:L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。
其置換規(guī)則見(jiàn)下表:
58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4, 62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8, 57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3, 61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,
2)逆置換
經(jīng)過(guò)16次迭代運(yùn)算后,得到L16、R16,將此作為輸入,進(jìn)行逆置換,逆置換正好是初始置換的逆運(yùn)算,由此即得到密文輸出。
此算法是對(duì)稱加密算法體系中的代表,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中廣泛使用.
Java基本實(shí)現(xiàn)
package com.stone.security; import java.security.Key; import java.security.SecureRandom; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.SecretKeyFactory; import javax.crypto.spec.DESKeySpec; import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; /** * DES 算法 1972美國(guó)IBM研制,對(duì)稱加密算法 */ public class DES { // 算法名稱 public static final String KEY_ALGORITHM = "DES"; // 算法名稱/加密模式/填充方式 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "DES/ECB/PKCS5Padding"; public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "DES/CBC/PKCS5Padding"; public static void main(String[] args) throws Exception { /* * 使用 ECB mode * 密鑰生成器 生成密鑰 * ECB mode cannot use IV */ byte[] key = generateKey(); byte[] encrypt = encrypt("胃炎F#*(x)".getBytes(), key); System.out.println(new String(decrypt(encrypt, key))); /* * 使用CBC mode * 使用密鑰工廠生成密鑰,加密 解密 * iv: DES in CBC mode and RSA ciphers with OAEP encoding operation. */ DESKeySpec dks = new DESKeySpec(generateKey()); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); SecretKey secretKey = factory.generateSecret(dks); Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV())); byte[] enc = cipher.doFinal("胃炎A%F#*(x)".getBytes()); //加密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV())); byte[] dec = cipher.doFinal(enc); // 解密 System.out.println(new String(dec)); } static byte[] getIV() { String iv = "asdfivh7"; //IV length: must be 8 bytes long return iv.getBytes(); } /** * 生成密鑰 * * @return * @throws Exception */ private static byte[] generateKey() throws Exception { KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); keyGenerator.init(56); //des 必須是56, 此初始方法不必須調(diào)用 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); return secretKey.getEncoded(); } /** * 還原密鑰 * * @param key * @return * @throws Exception */ private static Key toKey(byte[] key) throws Exception { DESKeySpec des = new DESKeySpec(key); SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(des); return secretKey; } /** * 加密 * @param data 原文 * @param key * @return 密文 * @throws Exception */ public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception { Key k = toKey(key); Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k, new SecureRandom()); return cipher.doFinal(data); } /** * 解密 * @param data 密文 * @param key * @return 明文、原文 * @throws Exception */ public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception { Key k = toKey(key); Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k, new SecureRandom()); return cipher.doFinal(data); } }
Java三重DES實(shí)現(xiàn):
package com.stone.security; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.SecretKeyFactory; import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec; import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; /** * 三重加密 3DES也作 Triple DES, */ public class TripleDES { // 算法名稱 public static final String KEY_ALGORITHM = "DESede"; // 算法名稱/加密模式/填充方式 public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "DESede/ECB/PKCS5Padding"; public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "DESede/CBC/PKCS5Padding"; private KeyGenerator keyGen; private SecretKey secretKey; private SecretKey secretKey2; private Cipher cipher; private static byte[] encryptData; public static void main(String[] args) throws Exception { TripleDES tripleDES = new TripleDES("ECB"); tripleDES.encrypt("sau8jzxlcvm,'123`98(*^&%^^JCB ZX>>A<S<}}{"); System.out.println("加密后:" + new String(encryptData)); System.out.println("解密后:"+ new String(tripleDES.decrypt(encryptData))); tripleDES = new TripleDES("CBC"); tripleDES.encrypt2("sau8jzxlc DQV#><«|vm,'123`98(*^&%^^JCB ZX>>A<S<}}{"); System.out.println("加密后:" + new String(encryptData)); System.out.println("解密后:"+ new String(tripleDES.decrypt2(encryptData))); } public TripleDES(String mode) throws Exception { if ("ECB".equals(mode)) { // cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB); keyGen = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); secretKey = keyGen.generateKey(); } else if("CBC".equals(mode)) { cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC); keyGen = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); DESedeKeySpec spec = new DESedeKeySpec(keyGen.generateKey().getEncoded()); secretKey2 = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateSecret(spec); } } /** * 加密 * @param str * @return * @throws Exception */ public byte[] encrypt(String str) throws Exception { cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey); return encryptData = cipher.doFinal(str.getBytes()); } /** * 解密 * @param encrypt * @return * @throws Exception */ public byte[] decrypt(byte[] encrypt) throws Exception { cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey); return encryptData = cipher.doFinal(encrypt); } byte[] getIV() { return "administ".getBytes(); } /** * 加密 * @param str * @return * @throws Exception */ public byte[] encrypt2(String str) throws Exception { cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey2, new IvParameterSpec(getIV())); return encryptData = cipher.doFinal(str.getBytes()); } /** * 解密 * @param encrypt * @return * @throws Exception */ public byte[] decrypt2(byte[] encrypt) throws Exception { cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey2, new IvParameterSpec(getIV())); return encryptData = cipher.doFinal(encrypt); } }
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