第十一章 非对称加密算法--DH

[b]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”[/b]

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

package com.util.dh;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

/**
* 基于JDK的DH算法，工作模式采用ECB
*/
public class DHJDK {
private static final String ENCODING = "UTF-8";
private static final String FDC_KEY_ALGORITHM = "DH";//非对称加密密钥算法
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）
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
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）

/**
* 生成甲方密钥对
*/
public static KeyPair initKey() throws NoSuchAlgorithmException{
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥对生成器
keyPairGenerator.initialize(FDC_KEY_SIZE);//指定密钥长度
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
return keyPair;
}

/**
* 生成乙方密钥对
* @param key 甲方公钥
*/
public static KeyPair initKey(byte[] key) throws NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
InvalidAlgorithmParameterException{
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(key));//还原甲方公钥
DHParameterSpec dHParameterSpec = ((DHPublicKey)publicKey).getParams();

KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());//乙方密钥对生成器
keyPairGenerator.initialize(dHParameterSpec);//使用甲方公钥参数初始化乙方密钥对生成器
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();//生成密钥对
return keyPair;
}

/**
* DH加密
* @param data     带加密数据
* @param keyByte  本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生
*/
public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
NoSuchPaddingException,
InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException {
Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥

Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//设置加密模式并且初始化key
return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
}

/**
* DH解密
* @param data        待解密数据为字节数组
* @param keyByte    本地密钥，由getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey)产生
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws NoSuchAlgorithmException,
NoSuchPaddingException,
InvalidKeyException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException {
Key key = new SecretKeySpec(keyByte, DC_KEY_ALGORITHM);//生成本地密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
return cipher.doFinal(data);
}

/**
* 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）
* @param publicKey        对方公钥
* @param privateKey    本方私钥
*/
public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
InvalidKeyException{
KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(FDC_KEY_ALGORITHM);//密钥工厂
PublicKey pubkey = keyFactory.generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicKey));//还原公钥
PrivateKey prikey = keyFactory.generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey));//还原私钥

KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
keyAgreement.init(prikey);
keyAgreement.doPhase(pubkey, true);
return keyAgreement.generateSecret(DC_KEY_ALGORITHM).getEncoded();//生成本地密钥（对称加密的密钥）
}

/**
* 获取公钥
*/
public static byte[] getPublicKey(KeyPair keyPair){
return keyPair.getPublic().getEncoded();
}

/**
* 获取私钥
*/
public static byte[] getPrivateKey(KeyPair keyPair){
return keyPair.getPrivate().getEncoded();
}

/**
* 测试
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
InvalidAlgorithmParameterException,
InvalidKeyException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException {
byte[] pubKey1;//甲方公钥
byte[] priKey1;//甲方私钥
byte[] key1;//甲方本地密钥
byte[] pubKey2;//乙方公钥
byte[] priKey2;//乙方私钥
byte[] key2;//乙方本地密钥

/*********************测试是否可以正确生成以上6个key，以及key1与key2是否相等*********************/
KeyPair keyPair1 = DHJDK.initKey();//生成甲方密钥对
pubKey1 = DHJDK.getPublicKey(keyPair1);
priKey1 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair1);

KeyPair keyPair2 = DHJDK.initKey(pubKey1);//根据甲方公钥生成乙方密钥对
pubKey2 = DHJDK.getPublicKey(keyPair2);
priKey2 = DHJDK.getPrivateKey(keyPair2);

key1 = DHJDK.getSecretKey(pubKey2, priKey1);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥
key2 = DHJDK.getSecretKey(pubKey1, priKey2);//使用对方公钥和自己私钥构建本地密钥

System.out.println("甲方公钥pubKey1-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey1)+"@@pubKey1.length-->"+pubKey1.length);
System.out.println("甲方私钥priKey1-->"+Base64.encodeBase64String(priKey1)+"@@priKey1.length-->"+priKey1.length);
System.out.println("乙方公钥pubKey2-->"+Base64.encodeBase64String(pubKey2)+"@@pubKey2.length-->"+pubKey2.length);
System.out.println("乙方私钥priKey2-->"+Base64.encodeBase64String(priKey2)+"@@priKey2.length-->"+priKey2.length);
System.out.println("甲方密钥key1-->"+Base64.encodeBase64String(key1));
System.out.println("乙方密钥key2-->"+Base64.encodeBase64String(key2));

/*********************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*********************/
System.out.println("甲方-->乙方");
String data = "找一个好姑娘啊！";
byte[] encodeStr = DHJDK.encrypt(data, key1);
System.out.println("甲方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr));
byte[] decodeStr = DHJDK.decrypt(encodeStr, key2);
System.out.println("乙方解密后的数据-->"+new String(decodeStr,"UTF-8"));

/*********************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*********************/
System.out.println("乙方-->甲方");
String data2 = "找一个好姑娘啊！";
byte[] encodeStr2 = DHJDK.encrypt(data2, key2);
System.out.println("乙方加密后的数据-->"+Base64.encodeBase64String(encodeStr2));
byte[] decodeStr2 = DHJDK.decrypt(encodeStr, key1);
System.out.println("甲方解密后的数据-->"+new String(decodeStr2,"UTF-8"));
}
}

View Code
注意点：

之前说的byte[]数组的比较可以通过依次比较两个数组中的元素进行比较，当然也可以将两个数组进行Base64编码（CC）或十六进制转换（BC/CC）成字符串进行比较

测试过程中，自己去测一下key1与key2是否相等，以及甲方发送加密数据，乙方接收数据并解密或者乙方发送加密数据，甲方接收数据并解密

疑问：在我配置非对称密钥为512的时候，测出来的公钥长度是228位，私钥长度是213位，与512差很远，那这里的512到底是怎么计算的？（希望知道的朋友给解释一下）