對稱式加密

對稱加密算法就是傳統的用一個密碼進行加密和解密。例如，我們常用的WinZIP和WinRAR對壓縮包的加密和解密，就是使用對稱加密算法

常見的對稱加密算法有：

密鑰長度直接決定加密強度，工作模式和填充模式可以看成是對稱加密算法的參數和格式選擇。

DES算法由于密鑰過短，可以在短時間內被暴力破解，所以現在已經不安全了。

AES是目前應用最廣泛的加密算法，比較常見的工作模式是ECB和CBC。

ECB模式加密與解密

ECB模式只需要一個固定長度的密鑰，固定的明文會生成固定的密文。

ECB模式加/解密的代碼編寫需要根據算法名稱/工作模式/填充模式獲取Cipher實例，再通過算法名稱和固定的密鑰獲取SecretKey實例，之后通過SecretKey實例和設置的加/解密模式初始化秘鑰，最后就可以根據傳入的明文/密文，進行加密/解密。

具體代碼如下：

package com.gjh.demo;

import java.io.ObjectInputStream.GetField;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class Text02 {
	//AES對稱加密
	//ECB工作模式
	public static void main(String[] args) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		//原文
		String message="Hello,world!";
		System.out.println("Message:"+message);
		//128位秘鑰=16 bytes key：
		byte[] key="1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();
		//加密：
		byte[] data=message.getBytes();
		byte[] encrypted=encrypt(key,data);
		System.out.println("Encrypted(加密):"+Base64.getEncoder().encode(encrypted));
		//解密：
		byte[] decrypted=decrypt(key,encrypted);
		System.out.println("Decrypted:"+new String(decrypted));
	}
	//加密：
	public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		//創建密碼對象，需要傳入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher =Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		//根據key的字節內容，“恢復”秘鑰對象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");
		//初始化秘鑰：設置加密模式ENCRYPT_MOED
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
		//根據原始內容（字節），進行加密
		return cipher.doFinal(input);
	}
	//解密：
	public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
		//創建密碼對象，需要傳入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher =Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		//根據key的字節內容，“恢復”秘鑰對象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");
		//初始化秘鑰：設置解密模式ENCRYPT_MOED
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
		//根據原始內容（字節），進行解密
		return cipher.doFinal(input);
	}

}

運行結果如下：

?

CBC模式加密與解密

CBC模式下，需要一個隨機生成的16字節IV參數，使用SecureRandom生成。

因為多了一個IvParameterSpec實例，因此，初始化方法需要調用Cipher的重載方法傳入IV參數和操作模式、秘鑰。

具體代碼如下：

package com.gjh.demo;

import java.io.ObjectInputStream.GetField;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class Text03 {
	//AES對稱加密
	//CBC工作模式
	public static void main(String[] args) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException {
		//原文
		String message="Hello,world!";
		System.out.println("Message（原始信息）:"+message);
		//256位秘鑰=32 bytes key：
		byte[] key="1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();
		//加密：
		byte[] data=message.getBytes();
		byte[] encrypted=encrypt(key,data);
		System.out.println("Encrypted(加密內容):"+Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
		//解密：
		byte[] decrypted=decrypt(key,encrypted);
		System.out.println("Decrypted（解密內容:"+new String(decrypted));
	}
	//加密：
	public static byte[] encrypt(byte[] key,byte[] input) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException {
		//設置算法名稱/工作模式CBC/填充模式
		Cipher cipher =Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
		//“恢復”秘鑰對象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");
		//CBC模式需要生成一個16bytes的initialization vector：
		SecureRandom sr=SecureRandom.getInstanceStrong();
		byte[] iv=sr.generateSeed(16);   //生成16個字節的隨機數
		System.out.println(Arrays.toString(iv));
		IvParameterSpec ivps=new IvParameterSpec(iv);   //隨機數封裝成IvParameterSpec參數對象
		//初始化秘鑰：操作模式、秘鑰、IV參數
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec,ivps);
		//加密
		byte[] data=cipher.doFinal(input);
		//IV不需要保密，把IV和密文一起返回
		return join(iv,data);
	}
	
	private static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
		byte[] r=new byte[bs1.length+bs2.length];
		System.arraycopy(bs1,0,r,0,bs1.length);
		System.arraycopy(bs2,0,r,bs1.length,bs2.length);
		return r;
	}
	//解密：
	public static byte[] decrypt(byte[] key,byte[] input) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException {
		//把input分割成IV和密文
		byte[] iv=new byte[16];
		byte[] data=new byte[input.length-16];
		
		System.arraycopy(input,0,iv,0,16);
		System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);
		System.out.println(Arrays.toString(iv));
		
		//解密：
		Cipher cipher =Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");   //密碼對象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");   //恢復秘鑰
		IvParameterSpec ivps=new IvParameterSpec(iv);  //恢復IV
		//初始化秘鑰：操作模式、秘鑰、IV參數
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec,ivps);
		//解密操作
		return cipher.doFinal(data);
	}

}

運行結果如下：

?

?觀察輸出，可以發現每次生成的IV不同，密文也不同。

另外，DH算法是一種密鑰交換協議，通信雙方通過不安全的信道最終協商出一個共同的密鑰（這個密鑰不會通過網絡傳輸），然后進行對稱加密傳輸。

非對稱式加密算法

非對稱加密：加密和解密使用的不是相同的密鑰，只有同一個公鑰-私鑰對才能正常加解密。

非對稱加密的典型算法就是RSA算法，它的密鑰有256/512/1024/2048/4096等不同的長度。長度越長，密碼強度越大，當然計算速度也越慢。

非對稱加密的優點：對稱加密需要協商密鑰，而非對稱加密可以安全地公開各自的公鑰，在N個人之間通信的時候：使用非對稱加密只需要N個密鑰對，每個人只管理自己的密鑰對。而使用對稱加密需要則需要N*(N-1)/2個密鑰，因此每個人需要管理N-1個密鑰，密鑰管理難度大，而且非常容易泄漏。
非對稱加密的缺點：運算速度非常慢，比對稱加密要慢很多。
所以，在實際應用的時候，非對稱加密總是和對稱加密一起使用。