Java常用加密算法詳解與示例代碼
1. 前言
在信息安全領(lǐng)域,加密算法是保護(hù)數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性和身份認(rèn)證的核心手段。Java 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
及第三方框架(如 BouncyCastle)提供了豐富的加解密實(shí)現(xiàn),這里小編將結(jié)合 Java
代碼,詳細(xì)介紹常用的幾類加密算法,并給出可直接運(yùn)行的測(cè)試示例,幫助小伙伴們快速上手。
2. 加密算法基礎(chǔ)分類
2.1 哈希算法
- 特點(diǎn):?jiǎn)蜗虿豢赡妫潭ㄩL(zhǎng)度輸出
- 用途:數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證、密碼存儲(chǔ)
- 代表算法:
MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512
2.2 對(duì)稱加密算法
- 特點(diǎn):加密解密使用相同密鑰
- 優(yōu)勢(shì):速度快,適合大數(shù)據(jù)量加密
- 代表算法:
AES、DES、3DES、RC4
2.3 非對(duì)稱加密算法
- 特點(diǎn):公鑰加密,私鑰解密
- 優(yōu)勢(shì):安全性高,解決密鑰分發(fā)問(wèn)題
- 代表算法:
RSA、ECC、DSA
2.4 消息認(rèn)證碼(MAC)
- 特點(diǎn):帶密鑰的哈希函數(shù)
- 用途:驗(yàn)證消息完整性和來(lái)源
- 代表算法:
HMAC
3. 哈希算法
3.1 原理與特點(diǎn)
Hash(摘要):將任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)“壓縮”成定長(zhǎng)的輸出,常用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)。
不可逆:無(wú)法從摘要反向推算原文;對(duì)抗碰撞攻擊(不同輸入產(chǎn)生相同輸出)是設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。
3.2 Java 示例
import java.security.MessageDigest; import java.security.NoSuchAlgorithmException; public class HashUtils { public static String hash(String input, String algorithm) { try { MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm); byte[] digest = md.digest(input.getBytes()); // 轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制 StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (byte b : digest) { sb.append(String.format("%02x", b & 0xff)); } return sb.toString(); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new RuntimeException("Unknown algorithm: " + algorithm, e); } } // 測(cè)試主函數(shù) public static void main(String[] args) { String text = "HelloWorld"; System.out.println("MD5: " + hash(text, "MD5")); System.out.println("SHA-1: " + hash(text, "SHA-1")); System.out.println("SHA-256:" + hash(text, "SHA-256")); } }
運(yùn)行后,你將看到三種摘要值,驗(yàn)證不同算法的輸出長(zhǎng)度和差異。
4. 對(duì)稱加密算法
對(duì)稱加密使用同一個(gè)密鑰進(jìn)行加解密,速度快,適合大數(shù)據(jù)量場(chǎng)景。
由于 DES 已較為過(guò)時(shí),不推薦在新項(xiàng)目中使用,這里就不做DES介紹了,下面主要講解一下AES
2.1 AES(Advanced Encryption Standard)
密鑰長(zhǎng)度:128/192/256 位
模式:ECB(電子密碼本)、CBC(密碼分組鏈接)等;CBC 更安全但需 IV
2.2 AES 示例
import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; import java.util.Base64; public class AESUtils { // 生成 AES 密鑰 public static SecretKey genKey(int keySize) throws Exception { KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES"); kg.init(keySize); return kg.generateKey(); } // 加密 public static String encrypt(String plaintext, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext.getBytes()); return Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted); } // 解密 public static String decrypt(String ciphertext, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv); byte[] decoded = Base64.getDecoder().decode(ciphertext); byte[] decrypted = cipher.doFinal(decoded); return new String(decrypted); } public static void main(String[] args) throws Exception { String text = "SecretMessage"; SecretKey key = genKey(128); // 隨機(jī) IV,也可使用固定 IV(不推薦) byte[] ivBytes = new byte[16]; System.arraycopy("RandomInitVector".getBytes(), 0, ivBytes, 0, 16); IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(ivBytes); String cipherText = encrypt(text, key, iv); String plainText = decrypt(cipherText, key, iv); System.out.println("原文: " + text); System.out.println("加密: " + cipherText); System.out.println("解密: " + plainText); } }
5. 非對(duì)稱加密算法
5.1 RSA算法
算法特點(diǎn):
基于大數(shù)分解難題
密鑰長(zhǎng)度:1024-4096位
用途:數(shù)字簽名、密鑰交換
import javax.crypto.Cipher; import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.security.*; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; import java.util.Base64; public class RSAExample { public static void main(String[] args) throws Exception { String plainText = "Java非對(duì)稱加密算法"; // 生成密鑰對(duì) KeyPair keyPair = generateRSAKeyPair(); PublicKey publicKey = keyPair.getPublic(); PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate(); // 公鑰加密 byte[] cipherText = encryptRSA(plainText, publicKey); System.out.println("RSA加密結(jié)果: " + Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText)); // 私鑰解密 String decryptedText = decryptRSA(cipherText, privateKey); System.out.println("RSA解密結(jié)果: " + decryptedText); // 數(shù)字簽名示例 byte[] signature = signData(plainText, privateKey); boolean isValid = verifySignature(plainText, signature, publicKey); System.out.println("簽名驗(yàn)證結(jié)果: " + isValid); } public static KeyPair generateRSAKeyPair() throws Exception { KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA"); keyPairGenerator.initialize(2048); // 密鑰長(zhǎng)度 return keyPairGenerator.generateKeyPair(); } public static byte[] encryptRSA(String plainText, PublicKey publicKey) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey); return cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); } public static String decryptRSA(byte[] cipherText, PrivateKey privateKey) throws Exception { Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey); byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(cipherText); return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8); } public static byte[] signData(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception { Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA"); signature.initSign(privateKey); signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); return signature.sign(); } public static boolean verifySignature(String data, byte[] signatureBytes, PublicKey publicKey) throws Exception { Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA"); signature.initVerify(publicKey); signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); return signature.verify(signatureBytes); } }
5.2 ECC(橢圓曲線加密)
算法特點(diǎn):
同等安全強(qiáng)度下密鑰更短
計(jì)算效率高
適合移動(dòng)設(shè)備
import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.security.*; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; import java.util.Base64; public class ECCExample { public static void main(String[] args) throws Exception { String plainText = "Java橢圓曲線加密"; // 生成密鑰對(duì) KeyPair keyPair = generateECCKeyPair(); PublicKey publicKey = keyPair.getPublic(); PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate(); // 密鑰序列化/反序列化演示 String pubKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded()); String priKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded()); // 從字符串恢復(fù)密鑰 PublicKey restoredPubKey = restoreECCPublicKey(pubKeyStr); PrivateKey restoredPriKey = restoreECCPrivateKey(priKeyStr); // 數(shù)字簽名 byte[] signature = signDataECC(plainText, restoredPriKey); boolean isValid = verifySignatureECC(plainText, signature, restoredPubKey); System.out.println("ECC簽名驗(yàn)證結(jié)果: " + isValid); } public static KeyPair generateECCKeyPair() throws Exception { KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC"); keyPairGenerator.initialize(256); // 密鑰長(zhǎng)度 return keyPairGenerator.generateKeyPair(); } public static PublicKey restoreECCPublicKey(String keyStr) throws Exception { byte[] keyBytes = Base64.getDecoder().decode(keyStr); X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC"); return keyFactory.generatePublic(keySpec); } public static PrivateKey restoreECCPrivateKey(String keyStr) throws Exception { byte[] keyBytes = Base64.getDecoder().decode(keyStr); PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC"); return keyFactory.generatePrivate(keySpec); } public static byte[] signDataECC(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception { Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withECDSA"); signature.initSign(privateKey); signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); return signature.sign(); } public static boolean verifySignatureECC(String data, byte[] signatureBytes, PublicKey publicKey) throws Exception { Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withECDSA"); signature.initVerify(publicKey); signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); return signature.verify(signatureBytes); } }
6. 消息認(rèn)證碼(HMAC)
HMAC
用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)完整性及認(rèn)證,結(jié)合了 Hash
與密鑰。
算法特點(diǎn):
輸入:密鑰 + 消息 → 通過(guò) Hash 計(jì)算,輸出固定長(zhǎng)度摘要。
常見(jiàn)算法:HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256
import javax.crypto.Mac; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.security.InvalidKeyException; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.util.Base64; public class HMACExample { public static void main(String[] args) throws Exception { String message = "重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)"; String secretKey = "MySecretKey123"; // 計(jì)算HMAC String hmac = calculateHMAC(message, secretKey); System.out.println("HMAC-SHA256: " + hmac); // 驗(yàn)證消息完整性 String receivedMessage = "重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)"; String receivedHmac = calculateHMAC(receivedMessage, secretKey); System.out.println("HMAC驗(yàn)證結(jié)果: " + hmac.equals(receivedHmac)); } public static String calculateHMAC(String data, String key) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException { Mac sha256Hmac = Mac.getInstance("HmacSHA256"); SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec( key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "HmacSHA256" ); sha256Hmac.init(secretKey); byte[] hmacBytes = sha256Hmac.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)); return Base64.getEncoder().encodeToString(hmacBytes); } }
7. 總結(jié)
本文博主介紹了四大類經(jīng)典加密算法在 Java
中的實(shí)現(xiàn)方式:
- 哈希算法:MD5、SHA-1、SHA-256,用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn);
- 對(duì)稱加密:AES、DES,適合大數(shù)據(jù)量加密;
- 非對(duì)稱加密:RSA,實(shí)現(xiàn)密鑰交換和數(shù)字簽名;
- 消息認(rèn)證碼:HMAC,用于完整性與認(rèn)證。
在生產(chǎn)環(huán)境中,建議優(yōu)先選用 AES
(至少 128 位)、SHA-256
、RSA 2048
位以上,并嚴(yán)格管理密鑰和 IV,以確保安全性。希望本文能幫助小伙伴快速掌握 Java 加密實(shí)戰(zhàn)!
以上就是Java常用加密算法詳解與示例代碼的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java常用加密算法的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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