Java加密解密和数字签名

　　在做项目中，只要涉及敏感信息，或者对安全有一定要求的场景，都需要对数据进行加密。在Java中原生API即可实现对称加密与非对称加密，并支持常用的加密算法。 对称加密
　　对称加密使用单钥完成加解密，加密和解密采用相同的密钥。对称加密的速度快，常用于大量数据进行加密。主流的算法有：AES，3DES。 生成3DES密钥 /**  * 对称加密-3DES算法，取代旧的DES  */ SecretKey desKey = KeyGenerator.getInstance(＂DESede＂).generateKey();生成AES密钥/** * 生成AES算法的密钥 */ SecretKey aesKey = KeyGenerator.getInstance(＂AES＂).generateKey(); 保存密钥
　　对称密钥一般使用二进制保存 SecretKey desKey = KeyGenerator.getInstance(＂DESede＂).generateKey(); // 二进制密钥 byte[] bkey = desKey.getEncoded(); // 转成十六进制 String keyStr = Hex.byteCoverToString(bkey);读取密钥
　　可以自己生成随机字符串转成byte数组生成密钥，注意byte长度不能小于24位。 // bkey是byte数组 DESedeKeySpec keySpec = new DESedeKeySpec(bkey); // 读取AES密钥 SecretKey srtKey = SecretKeyFactory.getInstance(＂AES＂).generateSecret(keySpec);
　　Hex是我自己写的工具类。byte数组和十六进制互转的方法有很多，篇幅有限就不贴出来了。可以引入 Apache Commons Codec 工具类，提供Hex，Base64等常用方法。 非对称加密
　　非对称加密使用密钥对进行加密。一般使用私密加密，公钥解密，也可以反过来用。但自己加密的数据自己不能解，只能依靠对方解密，可以很好的防止单方面密钥泄露。常用的加密算法有：RSA，DSA。 生成密钥对 /**  * 可以传RSA或DSA算法  */ KeyPair keyPair = KeyPairGenerator.getInstance(＂RSA＂).generateKeyPair(); // 私钥 PrivateKey prvKey = keyPair.getPrivate(); // 公钥 PublicKey pubKey = keyPair.getPublic();保存密钥
　　非对称密钥一般使用Base64编码保存。 // 私钥串 String prvKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(prvKey.getEncoded()); // 公钥串 String pubKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(pubKey.getEncoded());
　　非对称加密对加密内容长度有限制，不能超过192位。虽然可以使用加密数据数流来突破限制，但由于非对称加密效率不如对称加密，非对称加密一般用来加密对称密钥。 读取密钥 // 从二进制中读取私钥 byte[] bPrvKey = Base64.getDecoder().decode(prvKeyStr); PKCS8EncodedKeySpec rsaKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(bPrvKey); PrivateKey prvKey = KeyFactory.getInstance(＂RSA＂).generatePrivate(rsaKeySpec);  // 从二进制中读取公钥 byte[] bPubKey = Base64.getDecoder().decode(pubKeyStr); X509EncodedKeySpec rsaKeySpec1 = new X509EncodedKeySpec(bPubKey); PublicKey pubKey = KeyFactory.getInstance(＂RSA＂).generatePublic(rsaKeySpec1);
　　我们在接入其他系统中，有时不是给密钥串，而是一个CA证书或PFX密钥文件。HTTS网站就是使用非对称加密的，网站会把CA证书挂在上面让浏览器下载，和服务器进行加解密交互。 从CA证书中读取公钥 // keyFilePath是证书文件 try (InputStream fin = new FileInputStream(keyFilePath)) {     CertificateFactory f = CertificateFactory.getInstance(＂X.509＂);     X509Certificate certificate = (X509Certificate) f.generateCertificate(fin);     PublicKey pubKey = certificate.getPublicKey(); } catch (IOException | CertificateException e) {     e.printStackTrace(); }从PFX文件中读取密钥
　　根据密钥存储类型，下面方可以读取pfx或jks类型的密钥文件。 try (InputStream is = new FileInputStream(keyFilePath)) {     // pkcs12或jks     KeyStore store = KeyStore.getInstance(＂pkcs12＂);     // 密码     store.load(is, ＂密码＂.toCharArray());     // 获取所有密钥别名列表     Enumeration e = store.aliases();     // 如果有，读取第一个密钥     if (e.hasMoreElements()) {         String alias = e.nextElement();         // 私钥         PrivateKey prvKey = (PrivateKey) store.getKey(alias, password.toCharArray());         // 公钥         PublicKey pubKey = store.getCertificate(alias).getPublicKey();         // 创建密钥对         KeyPair keyPare = new KeyPair(pubKey, prvKey);     }  } catch (IOException | KeyStoreException | CertificateException | NoSuchAlgorithmException | UnrecoverableKeyException e) {     e.printStackTrace(); }
　　密钥文件是用来存储密钥的仓库。Java中KeyTool工具可以创建jks密钥文件。jks密钥文件中可以存储多个密钥。如果有多个密钥文件，可以根据别名来读取指定密钥。 加密扩展包——JCE
　　使用JDK8，读取PFX密钥也许会遇到：java.security.InvalidKeyException:illegal Key Size
　　这是因为jdk sercurity的jar包限制，只支持128bit的密钥。jar包如下：
　　`$JAVA_HOME/lib/security/local_policy.jar`
　　`$JAVA_HOME/jre/lib/security/US_export_policy.jar`
　　到Oracle官网下载JDK对应的加密扩展包(JCE)。以下是JDK8的JCE
　　https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jce8-downloads.html
　　把下载后的文件解压，找到 local_policy.jar 和 US_export_policy.jar
　　覆盖jdk目录下，`$JAVA_HOME/jre/lib/security` 和 `$JAVA_HOME/lib/security` 下的文件。（有的版本JDK可能没有 $JAVA_HOME/lib/security 目录，则忽略）
　　再运行代码，就能正常读取256bit的密钥。 加密&解密
　　用上面生成的密钥(对称/非对密)加密或解密 // 密文 String ciphertext = null;  {     String plaintext = ＂加密内容＂;     // 密钥算法，RSA/DAS/AESDESed     Cipher cipher = Cipher.getInstance(＂RSA＂);     // 设置加密模式     cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, prvKey);     // 加密后的byte数组     byte[] cipherbyte = cipher.doFinal(plaintext.getBytes());     // 转成base64     ciphertext = Base64.getEncoder().encodeToString(cipherbyte);     logger.info(ciphertext); }  {     // 密钥算法，RSA/DAS/AESDESed     Cipher cipher = Cipher.getInstance(＂RSA＂);     // 设置解密模式     cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pubKey);     // base64解码获得密文byte数组     byte[] cipherbyte = Base64.getDecoder().decode(ciphertext);     // 解密后的byte数组     byte[] plainbyte = cipher.doFinal(cipherbyte);     // byte数组转字符串     String plaintext = new String(plainbyte);     logger.info(plaintext); }签名算法
　　保证数据安全，仅靠加密还不够。如果密钥被泄漏，攻击者可以伪靠数据，使用密钥加密后给服务器发送信息。所以还需要对数据签名，为安全增加一道屏障。常用的签名算法有：MD5，SHA。非对称加密的公/私钥也可以对数据签名。 MD5或SHA签名 // 可传入MD5或SHA算法 MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(＂MD5＂); // 对str数据签名 byte[] bSign = md.digest(str.getBytes()); // 转成十六进制签名串 String signStr = Hex.byteCoverToString(bSign);公/私密钥签名 /**  * 签名  * @param key  * @param algorithm  * @param data  * @return  */ public static byte[] sign(PrivateKey key, String algorithm, byte[] data) {      try {          Signature signature = Signature.getInstance(algorithm);         signature.initSign(key);         signature.update(data);         return signature.sign();      } catch (NoSuchAlgorithmException | SignatureException | InvalidKeyException e) {         throw new CommonException(e);     } }  /**  * 验签  * @param key  * @param algorithm  * @param sign  * @param data  * @return  */ public static boolean verify(PublicKey key, String algorithm, byte[] sign, byte[] data) {      try {          Signature signature = Signature.getInstance(algorithm);         signature.initVerify(key);         signature.update(data);         return signature.verify(sign);      } catch (NoSuchAlgorithmException | SignatureException | InvalidKeyException e) {         throw new CommonException(e);     } }设计规范示例示例一
　　第一次接触Java加密是12年做银联直连支付插件，后台加密规范是银联出的，对称加密与非对称加密都用上了。如下：
　　协议版本|加密密钥|报文密文|报文签名
　　协议版本号一般是固定的，如：1.0。
　　加密密钥是动态生成的对称密钥，每一次请求都会生成，用来加密报文。加密密钥用自己的私钥加密，Base64编码。
　　报文密文是用动态生成的加密密钥加密后Base64编码。
　　报文签名是按约将报文明文参数排序，进行MD5计算。 示例二
　　因工作需内容，接入过几十加支付系统，他们的加触密都大同小异。示例一中银联的那套加密方案后面看到的不多。很多公司用的对称密钥+签名。
　　报文(key1=value1&k2=value2&sign=value)
　　先对报文进行规则排序(一般是key的ascii码升序或降序)，再用事先约定好的对密密钥(十六进制字符串)拼接在后面，进行MD5计算。
　　也有的是使用RSA密钥签名验签。 跨语言加解密
　　Java原生API中加密算法提供者是SUN或Oracle。使用同相的Java代码，用Android加密，后台解密是不通过的。在Android上，算法要用RSA/ECB/PKCS1Padding，才能对应Oracle JDK的RSA。主要是因为非对称加密的默认填充方式不一样。
　　同样，用PHP或.NET语言和Java交互，也会出现不能解密的情况。所以有些系统设计上，只用了签名和对称加密，配合https在传输上保证内容加密。虽然方便，但没实际解决问题。
　　做Java后台同学可能注意到，引入第三方提供的加解密SDK时，有些会依赖 org.bouncycastle 的包。
　　这是一个开源项目：Bouncy Castle，支持Java和C#语言。
　　官网：www.bouncycastle.org
　　Git：github.com/bcgit/bc-java
　　BC包需下载对应JDK版本，不同版本的BC包可能会冲突，甚至无法启动工程。
　　可以使用 Security.addProvider() 手动添加加密提供者。 密钥管理
　　JDK中有一个 keytool 的工具。可以用来创建密钥库，管理密钥和证书。
　　keytool创建的密钥库keystore是jks类型的，读取jks密钥库在前面已给出说明了。在tomcat中配置https时是可以直接使用keystore密钥库。nginx或apache使用的还是pfx或pem格式(pem一般只存私钥)。
　　当我们用Java的Connection连接https有可能会遇到证书错误，是因为证书受信任，或不是受信任的机构颁发的。JDK有一个密钥库用来存放受信任证书。
　　$JAVA_HOME/jre/lib/security/cacerts
　　我们可以用keytool管理cacerts，默认密码：changeit
　　使用keytool在cacerts中添加相应证书，再用Connection访问https就不会报错了。
　　不建议在cacerts中添加证书，会导至程序可移植性差。在阿里云或Let＂s Encrypt可以申请免费证书。
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