非对称加密算法--DH

2024年1月8日 203次阅读来源: 加密算法

注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第8章“高等加密算法–非对称加密算法”

11.1、非对称加密算法

特点：

发送方和接收方均有一个密钥对（公钥+私钥），其中公钥传播，私钥自己保存，不需要传播
私钥不需要传播的特性解决了对称加密算法中密钥传播的困难（这个困难一般通过线下传递可以解决）
加密安全性极高，只用于一些电子商务网站，加解密速度远低于对称加密
一般情况下，为了解决非对称加密算法加解密速度低的问题，采用非对称加密（使用公钥+私钥对对称加密的密钥进行加解密）+对称加密（加解密数据）相结合的方式。

常见算法：

DH（非对称加密的基石）
RSA（非对称加密的经典，除了可用于非对称加密，也可用于数字签名，RSA–155(512位密钥)已被破解）
ElGamal

11.2、DH（仅能用于密钥分配，不能加解密数据）

实现方式：

JDK（密钥长度：512~1024中的64的整数倍）

几个概念：

密钥对：公钥+私钥
本地密钥：对称加密的密钥

整个流程：

1）甲乙双方初始化各自的密钥对

甲方构建出密钥对keyPair1–>乙方使用甲方的密钥对中的公钥publicKey1构建出自己的密钥对keyPair2

2）甲乙双方构建各自的本地密钥

甲方使用自己的私钥privateKey1+乙方的公钥publicKey2构建出自己的本地密钥key1

乙方使用自己的私钥privateKey2+甲方的公钥publicKey1构建出自己的本地密钥key2

最后会发现key1==key2，这两个本地密钥将会是接下来对对称加密所使用的密钥

3）发送方（甲方或乙方均可）使用本地密钥+对称加密算法对待加密数据进行加密，传递给接收方

4）接收方使用本地密钥+对称加密算法对待解密数据进行解密

《非对称加密算法--DH》

  1 package com.util.dh;
  2 
  3 import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4 import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
  5 import java.security.InvalidKeyException;
  6 import java.security.Key;
  7 import java.security.KeyFactory;
  8 import java.security.KeyPair;
  9 import java.security.KeyPairGenerator;
 10 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 11 import java.security.PrivateKey;
 12 import java.security.PublicKey;
 13 import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
 14 import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
 15 import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
 16 
 17 import javax.crypto.BadPaddingException;
 18 import javax.crypto.Cipher;
 19 import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
 20 import javax.crypto.KeyAgreement;
 21 import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
 22 import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
 23 import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
 24 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
 25 
 26 import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
 27 
 28 /**
 29  * 基于JDK的DH算法，工作模式采用ECB
 30  */
 31 public class DHJDK {
 32     private static final String ENCODING = "UTF-8";
 33     private static final String FDC_KEY_ALGORITHM = "DH";//非对称加密密钥算法
 34     private static final String DC_KEY_ALGORITHM = "AES";//产生本地密钥的算法（对称加密密钥算法）
 35     private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";//加解密算法 格式：算法/工作模式/填充模式 注意：ECB不使用IV参数
 36     private static final int FDC_KEY_SIZE = 512;//非对称密钥长度（512~1024之间的64的整数倍）
 37     
 38     /**
 39      * 生成甲方密钥对
 40      */
 41     public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{
 42         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器
 43         keyPairGenerator.initialize(FDC_KEY_SIZE);//指定密钥长度
 44         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
 45         return keyPair;
 46     }
 47     
 48     /**
 49      * 生成乙方密钥对
 50      * @param key 甲方公钥
 51      */
 52     public static KeyPair initKey(byte[] key) throws NoSuchAlgorithmException, 
 53                                                      InvalidKeySpecException, 
 54                                                      InvalidAlgorithmParameterException{
 55         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
 56         PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(key));//还原甲方公钥
 57         DHParameterSpec dHParameterSpec = ((DHPublicKey)publicKey).getParams();
 58         
 59         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());//乙方密钥对生成器
 60         keyPairGenerator.initialize(dHParameterSpec);//使用甲方公钥参数初始化乙方密钥对生成器
 61         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
 62         return keyPair;
 63     }
 64     
 65     /**
 66      * DH加密
 67      * @param data     带加密数据
 68      * @param keyByte  本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生
 69      */
 70     public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
 71                                                                      NoSuchPaddingException, 
 72                                                                      InvalidKeyException, 
 73                                                                      IllegalBlockSizeException, 
 74                                                                      BadPaddingException, 
 75                                                                      UnsupportedEncodingException {
 76         Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥
 77 
 78         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
 79         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//设置加密模式并且初始化key
 80         return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
 81     }
 82     
 83     /**
 84      * DH解密
 85      * @param data        待解密数据为字节数组
 86      * @param keyByte    本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生
 87      */
 88     public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException, 
 89                                                                      NoSuchPaddingException, 
 90                                                                      InvalidKeyException, 
 91                                                                      IllegalBlockSizeException, 
 92                                                                      BadPaddingException {
 93         Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥
 94         Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
 95         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
 96         return cipher.doFinal(data);
 97     }
 98     
 99     /**
100      * 根据本方私钥与对方公钥构建本地密钥（即对称加密的密钥）
101      * @param publicKey        对方公钥
102      * @param privateKey    本方私钥
103      */
104     public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws NoSuchAlgorithmException, 
105                                                                                   InvalidKeySpecException, 
106                                                                                   InvalidKeyException{
107         KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
108         PublicKey pubkey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKey));//还原公钥
109         PrivateKey prikey = keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey));//还原私钥
110         
111         KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
112         keyAgreement.init(prikey);
113         keyAgreement.doPhase(pubkey, true);
114         return keyAgreement.generateSecret(DC_KEY_ALGORITHM).getEncoded();//生成本地密钥（对称加密的密钥）
115     }
116     
117     /**
118      * 获取公钥
119      */
120     public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){
121         return keyPair.getPublic().getEncoded();
122     }
123     
124     /**
125      * 获取私钥
126      */
127     public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){
128         return keyPair.getPrivate().getEncoded();
129     }
130     
131     /**
132      * 测试
133      */
134     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, 
135                                                   InvalidKeySpecException, 
136                                                   InvalidAlgorithmParameterException, 
137                                                   InvalidKeyException, 
138                                                   NoSuchPaddingException, 
139                                                   IllegalBlockSizeException, 
140                                                   BadPaddingException, 
141                                                   UnsupportedEncodingException {
142         byte[] pubKey1;//甲方公钥
143         byte[] priKey1;//甲方私钥
144         byte[] key1;//甲方本地密钥
145         byte[] pubKey2;//乙方公钥
146         byte[] priKey2;//乙方私钥
147         byte[] key2;//乙方本地密钥
148         
149         /*********************测试是否可以正确生成以上6个key，以及key1与key2是否相等*********************/
150         KeyPair keyPair1 = DHJDK.initKey();//生成甲方密钥对
151         pubKey1 = DHJDK.getPublicKey(keyPair1);
152         priKey1 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair1);
153         
154         KeyPair keyPair2 = DHJDK.initKey(pubKey1);//根据甲方公钥生成乙方密钥对
155         pubKey2 = DHJDK.getPublicKey(keyPair2);
156         priKey2 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair2);
157         
158         key1 = DHJDK.getSecretKey(pubKey2, priKey1);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥
159         key2 = DHJDK.getSecretKey(pubKey1, priKey2);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥
160         
161         System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);
162         System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);
163         System.out.println("乙方公钥pubKey2-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey2)+"@@pubKey2.length-->"+pubKey2.length);
164         System.out.println("乙方私钥priKey2-->"+Base64.encodeBase64String(priKey2)+"@@priKey2.length-->"+priKey2.length);
165         System.out.println("甲方密钥key1-->"+Base64.encodeBase64String(key1));
166         System.out.println("乙方密钥key2-->"+Base64.encodeBase64String(key2));
167         
168         /*********************测试甲方使用本地密钥加密数据向乙方发送，乙方使用本地密钥解密数据*********************/
169         System.out.println("甲方-->乙方");
170         String data = "找一个好姑娘啊！";
171         byte[] encodeStr = DHJDK.encrypt(data, key1);
172         System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));
173         byte[] decodeStr = DHJDK.decrypt(encodeStr, key2);
174         System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));
175         
176         /*********************测试乙方使用本地密钥加密数据向甲方发送，甲方使用本地密钥解密数据*********************/
177         System.out.println("乙方-->甲方");
178         String data2 = "找一个好姑娘啊！";
179         byte[] encodeStr2 = DHJDK.encrypt(data2, key2);
180         System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));
181         byte[] decodeStr2 = DHJDK.decrypt(encodeStr, key1);
182         System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));
183     }
184 }