信息加密技术
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- 一、加密的方式
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- 1. 对称加密
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- 1. 简介
- 2. 优缺点：
- 3. 经典对称加密：
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- DES
- AES
- 2. 非对称加密
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- 1. 用法
- 2. 典型非对称加密——RSA
- 3. 实现原理
- 4. 特点
- 5. 对比
- 6. RSA应用场景：
- 3. 单向散列加密
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- 特点
- 二、加密算法实现
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- 1. 非对称加密（RSA）
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- 1. 生成秘钥
- 2. 前端对利用公钥对数据进行加密
- 3. 后端利用私钥对数据进行解密
- 2. 对称加密
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- AES
- 3. 单向散列加密
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- MD5
- SHA1
- 三、加密算法比较
一、加密的方式
1. 对称加密
1. 简介
加密和解密使用同一个密钥。
2. 优缺点：
- 算法公开，计算量小，加密速度快，加密效率高
- 双方使用相同的钥匙，安全性得不到保证
- 秘钥管理比较难，不适合互联网，一般用于内部系统
3. 经典对称加密：
- DES(Data Encryption Standard)：数据加密标准(现在用的比较少，因为它的加密强度不够，能够暴力破解)
- 3DES：原理和DES几乎是一样的，只是使用3个密钥，对相同的数据执行三次加密，增强加密强度。(缺点：要维护3个密钥，大大增加了维护成本)
- AES(Advanced Encryption Standard)：高级加密标准，目前美国国家安全局使用的，苹果的钥匙串访问采用的就AES加密。是现在公认的最安全的加密方式，是对称密钥加密中最流行的算法。
DES
DES(Data Encryption Standard)是目前最为流行的加密算法之一。DES是对称的，也就是说它使用同一个密钥来加密和解密数据。
原理
DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行"异或"运算;接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。
不过，DES已可破解，所以针对保密级别特别高的数据推荐使用非对称加密算法。
优缺点
AES
属性
- 秘钥
用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。
- AES加密函数
设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。
- AES解密函数
设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。
原理
基于原理逐步实现AES加密算法
2. 非对称加密
1. 用法
（1）乙方生成两把密钥（公钥和私钥）。公钥是公开的，任何人都可以获得，私钥则是保密的。
（2）甲方获取乙方的公钥，然后用它对信息加密。
（3）乙方得到加密后的信息，用私钥解密。
2. 典型非对称加密——RSA
RSA非常可靠，密钥越长，它就越难破解。根据已经披露的文献，目前被破解的最长RSA密钥是768个二进制位。也就是说，长度超过768位的密钥，还无法破解（至少没人公开宣布）。因此可以认为，1024位的RSA密钥基本安全，2048位的密钥极其安全。
3. 实现原理
RSA算法原理
4. 特点
- 算法强度复杂，安全性依赖于算法与密钥。
- 加密解密速度慢。适合 小数据量 加解密或数据签名
- 密钥容易管理
5. 对比
与对称加密算法的对比：
- 对称加密只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。
- 非对称加密有两种密钥，其中一个是公开的。
6. RSA应用场景：
由于RSA算法的加密解密速度要比对称算法速度慢很多，在实际应用中，通常采取
数据本身的加密和解密使用对称加密算法(AES)。
用RSA算法加密并传输对称算法所需的密钥。
3. 单向散列加密
不可逆，只能加密，不能解密
单向散列加密是指通过对不同输入长度的信息进行散列计算，得到固定长度的输出，这个散列计算过程是单向的，即不能对固定长度的输出进行计算从而获得输入信息。
利用单向散列加密的这个特性，可以进行密码加密保存，即用户注册时输入的密码不直接保存到数据库，而是对密码进行单向散列加密，将密文存入数据库，用户登录时，进行密码验证，同样计算得到输入密码的密文，并和数据库中的密文比较，如果一致，则密码验证成功。为了加强单向散列计算的安全性，还会给散列算法加点salt，salt相当于加密的密钥，增加破解的难度。常用的单向散列算法有MD5、SHA等。
特点
- 算法强度复杂
- 无秘钥
二、加密算法实现
1. 非对称加密（RSA）
前端公钥加密，后端私钥解密。
1. 生成秘钥
利用在线生成秘钥工具生成非对称加密公钥私钥对
在线生成非对称公钥私钥对
2. 前端对利用公钥对数据进行加密
工具类
import JSEncrypt from 'jsencrypt/bin/jsencrypt'
// 密钥对生成 http://web.chacuo.net/netrsakeypair
const publicKey = '...'
const privateKey = '...'
// 加密
export function encrypt(txt) {
const encryptor = new JSEncrypt()
encryptor.setPublicKey(publicKey) // 设置公钥
return encryptor.encrypt(txt) // 对需要加密的数据进行加密
}
// 解密
export function decrypt(txt) {
const encryptor = new JSEncrypt()
encryptor.setPrivateKey(privateKey)
return encryptor.decrypt(txt)
}
使用公钥加密
3. 后端利用私钥对数据进行解密
工具类
package com.advance.utils;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.*;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
/**
* description Rsa 工具类，公钥私钥生成，加解密
* @author https://www.cnblogs.com/nihaorz/p/10690643.html
* @date 2020-12-15
**/
public class RsaUtils {
private static final String SRC = "123456";
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("\n");
RsaKeyPair keyPair = generateKeyPair();
System.out.println("公钥：" + keyPair.getPublicKey());
System.out.println("私钥：" + keyPair.getPrivateKey());
System.out.println("\n");
test1(keyPair);
System.out.println("\n");
test2(keyPair);
System.out.println("\n");
}
/**
* 公钥加密私钥解密
*/
private static void test1(RsaKeyPair keyPair) throws Exception {
System.out.println("***************** 公钥加密私钥解密开始 *****************");
String text1 = encryptByPublicKey(keyPair.getPublicKey(), RsaUtils.SRC);
String text2 = decryptByPrivateKey(keyPair.getPrivateKey(), text1);
System.out.println("加密前：" + RsaUtils.SRC);
System.out.println("加密后：" + text1);
System.out.println("解密后：" + text2);
if (RsaUtils.SRC.equals(text2)) {
System.out.println("解密字符串和原始字符串一致，解密成功");
} else {
System.out.println("解密字符串和原始字符串不一致，解密失败");
}
System.out.println("***************** 公钥加密私钥解密结束 *****************");
}
/**
* 私钥加密公钥解密
* @throws Exception /
*/
private static void test2(RsaKeyPair keyPair) throws Exception {
System.out.println("***************** 私钥加密公钥解密开始 *****************");
String text1 = encryptByPrivateKey(keyPair.getPrivateKey(), RsaUtils.SRC);
String text2 = decryptByPublicKey(keyPair.getPublicKey(), text1);
System.out.println("加密前：" + RsaUtils.SRC);
System.out.println("加密后：" + text1);
System.out.println("解密后：" + text2);
if (RsaUtils.SRC.equals(text2)) {
System.out.println("解密字符串和原始字符串一致，解密成功");
} else {
System.out.println("解密字符串和原始字符串不一致，解密失败");
}
System.out.println("***************** 私钥加密公钥解密结束 *****************");
}
/**
* 公钥解密
*
* @param publicKeyText 公钥
* @param text 待解密的信息
* @return /
* @throws Exception /
*/
public static String decryptByPublicKey(String publicKeyText, String text) throws Exception {
X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(publicKeyText));
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(text));
return new String(result);
}
/**
* 私钥加密
*
* @param privateKeyText 私钥
* @param text 待加密的信息
* @return /
* @throws Exception /
*/
public static String encryptByPrivateKey(String privateKeyText, String text) throws Exception {
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(privateKeyText));
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(text.getBytes());
return Base64.encodeBase64String(result);
}
/**
* 私钥解密
*
* @param privateKeyText 私钥
* @param text 待解密的文本
* @return /
* @throws Exception /
*/
public static String decryptByPrivateKey(String privateKeyText, String text) throws Exception {
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec5 = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(privateKeyText));
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec5);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(text));
return new String(result);
}
/**
* 公钥加密
*
* @param publicKeyText 公钥
* @param text 待加密的文本
* @return /
*/
public static String encryptByPublicKey(String publicKeyText, String text) throws Exception {
X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec2 = new X509EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(publicKeyText));
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec2);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] result = cipher.doFinal(text.getBytes());
return Base64.encodeBase64String(result);
}
/**
* 构建RSA密钥对
*
* @return /
* @throws NoSuchAlgorithmException /
*/
public static RsaKeyPair generateKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(1024);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
String publicKeyString = Base64.encodeBase64String(rsaPublicKey.getEncoded());
String privateKeyString = Base64.encodeBase64String(rsaPrivateKey.getEncoded());
return new RsaKeyPair(publicKeyString, privateKeyString);
}
/**
* RSA密钥对对象
*/
public static class RsaKeyPair {
private final String publicKey;
private final String privateKey;
public RsaKeyPair(String publicKey, String privateKey) {
this.publicKey = publicKey;
this.privateKey = privateKey;
}
public String getPublicKey() {
return publicKey;
}
public String getPrivateKey() {
return privateKey;
}
}
}
使用私钥解密
2. 对称加密
java实现AES加密解密算法
AES
package com.marchosft.security;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;
/**
* Description：java实现AES加密解密算法 AES加密结果用Base64再做加密处理
* Date: 2020/12/16 10:59
**/
public class AesUtil {
private static final String DEFAULT_KEY = "12345678";
static final Base64.Decoder DECODER = Base64.getDecoder();
static final Base64.Encoder ENCODER = Base64.getEncoder();
static final String CHARSET = "utf-8";
static final String AES = "AES";
/**
* 先AES加密，再Base64加密
*
* @param content 待加密的内容
* @return /
*/
public static String encodeBase64(String content) {
//AES加密
String encode = encode(content);
//加密失败返回空
if (encode == null) {
return null;
}
try {
//Base64加密
return ENCODER.encodeToString(encode.getBytes(CHARSET));
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
/**
* 先Base64解密，再AES解密
*
* @param content 待解密的内容
* @return /
*/
public static String decodeBase64(String content) {
try {
//Base64解密
String s = new String(DECODER.decode(content), CHARSET);
//AES解密
return decode(s);
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
//解密失败返回空
return null;
}
/**
* AES加密
*
* @param content 待加密的内容
* @return /
*/
public static String encode(String content) {
return encode(DEFAULT_KEY, content);
}
/**
* AES解密
*
* @param content 待解密的内容
* @return /
*/
public static String decode(String content) {
return decode(DEFAULT_KEY, content);
}
/**
* AES加密
* 1.构造密钥生成器
* 2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器
* 3.产生密钥
* 4.创建和初始化密码器
* 5.内容加密
* 6.返回字符串
*/
public static String encode(String encodeRules, String content) {
try {
//1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写
KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance(AES);
//2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器
//生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
random.setSeed(encodeRules.getBytes());
keygen.init(128, random);
//3.产生原始对称密钥
SecretKey originalKey = keygen.generateKey();
// 4.获得原始对称密钥的字节数组
byte[] raw = originalKey.getEncoded();
//5.根据字节数组生成AES密钥
SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, AES);
//6.根据指定算法AES自成密码器
Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES);
//7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
//8.获取加密内容的字节数组(这里要设置为utf-8)不然内容中如果有中文和英文混合中文就会解密为乱码
byte[] byteEncode = content.getBytes(CHARSET);
//9.根据密码器的初始化方式--加密：将数据加密
byte[] byteAes = cipher.doFinal(byteEncode);
//10.将加密后的数据转换为字符串
//这里用Base64Encoder中会找不到包
//解决办法：
//在项目的Build path中先移除JRE System Library，再添加库JRE System Library，重新编译后就一切正常了。
//11.将字符串返回
return new String(new BASE64Encoder().encode(byteAes));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//加密失败返回空
return null;
}
/**
* AES解密
* 解密过程：
* 1.同加密1-4步
* 2.将加密后的字符串反纺成byte[]数组
* 3.将加密内容解密
*/
public static String decode(String encodeRules, String content) {
try {
//1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写
KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance(AES);
//2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器
//生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组
// keygen.init(128, new SecureRandom(encodeRules.getBytes()));
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
random.setSeed(encodeRules.getBytes());
keygen.init(128, random);
//3.产生原始对称密钥
SecretKey originalKey = keygen.generateKey();
//4.获得原始对称密钥的字节数组
byte[] raw = originalKey.getEncoded();
//5.根据字节数组生成AES密钥
SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, AES);
//6.根据指定算法AES自成密码器
Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES);
//7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
//8.将加密并编码后的内容解码成字节数组
byte[] byteContent = new BASE64Decoder().decodeBuffer(content);
/*
* 解密
*/
byte[] byteDecode = cipher.doFinal(byteContent);
return new String(byteDecode, CHARSET);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//解密失败返回空
return null;
}
public static void main(String[] args) {
String a = "1236";
String s = encodeBase64(a);
System.out.println(s);
String s1 = decodeBase64(s);
System.out.println(s1);
}
}
3. 单向散列加密
MD5
public static final byte[] computeMD5(byte[] content) {
try {
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
return md5.digest(content);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
SHA1
public static byte[] computeSHA1(byte[] content) {
try {
MessageDigest sha1 = MessageDigest.getInstance("SHA1");
return sha1.digest(content);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
三、加密算法比较
1、散列算法比较
| 名称 | 安全性 | 速度 |
|---|---|---|
| SHA-1 | 高 | 慢 |
| MD5 | 中 | 快 |
2、对称加密算法比较
| 名称 | 密钥名称 | 运行速度 | 安全性 | 资源消耗 |
|---|---|---|---|---|
| DES | 56位 | 较快 | 低 | 中 |
| 3DES | 112位或168位 | 慢 | 中 | 高 |
| AES | 128、192、256位 | 快 | 高 | 低 |
3、非对称加密算法比较
| 名称 | 成熟度 | 安全性 | 运算速度 | 资源消耗 |
|---|---|---|---|---|
| RSA | 高 | 高 | 中 | 中 |
| ECC | 高 | 高 | 慢 | 高 |