Java加密技术（七）——非对称加密算法最高级ECC
2016-06-13 17:19
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ECC
ECC-Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学，是目前已知的公钥体制中，对每比特所提供加密强度最高的一种体制。在软件注册保护方面起到很大的作用，一般的序列号通常由该算法产生。
当我开始整理《Java加密技术（二）》的时候，我就已经在开始研究ECC了，但是关于Java实现ECC算法的资料实在是太少了，无论是国内还是国外的资料，无论是官方还是非官方的解释，最终只有一种答案——ECC算法在jdk1.5后加入支持，目前仅仅只能完成密钥的生成与解析。
如果想要获得ECC算法实现，需要调用硬件完成加密/解密（ECC算法相当耗费资源，如果单纯使用CPU进行加密/解密，效率低下），涉及到Java
Card领域，PKCS#11。
其实，PKCS#11配置很简单，但缺乏硬件设备，无法尝试！
尽管如此，我照旧提供相应的Java实现代码，以供大家参考。
通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）
Java代码
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.interfaces.ECPrivateKey;
import java.security.interfaces.ECPublicKey;
import java.security.spec.ECFieldF2m;
import java.security.spec.ECParameterSpec;
import java.security.spec.ECPoint;
import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;
import java.security.spec.ECPublicKeySpec;
import java.security.spec.EllipticCurve;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NullCipher;
import sun.security.ec.ECKeyFactory;
import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;
import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;
/**
* ECC安全编码组件
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class ECCCoder extends Coder {
public static final String ALGORITHM = "EC";
private static final String PUBLIC_KEY = "ECCPublicKey";
private static final String PRIVATE_KEY = "ECCPrivateKey";
/**
* 解密<br>
* 用私钥解密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);
// 取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;
ECPrivateKey priKey = (ECPrivateKey) keyFactory
.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(priKey.getS(),
priKey.getParams());
// 对数据解密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 加密<br>
* 用公钥加密
*
* @param data
* @param privateKey
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, String privateKey)
throws Exception {
// 对公钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);
// 取得公钥
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;
ECPublicKey pubKey = (ECPublicKey) keyFactory
.generatePublic(x509KeySpec);
ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(pubKey.getW(),
pubKey.getParams());
// 对数据加密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey, ecPublicKeySpec.getParams());
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 取得私钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return encryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
* 取得公钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return encryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
* 初始化密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
BigInteger x1 = new BigInteger(
"2fe13c0537bbc11acaa07d793de4e6d5e5c94eee8", 16);
BigInteger x2 = new BigInteger(
"289070fb05d38ff58321f2e800536d538ccdaa3d9", 16);
ECPoint g = new ECPoint(x1, x2);
// the order of generator
BigInteger n = new BigInteger(
"5846006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// the cofactor
int h = 2;
int m = 163;
int[] ks = { 7, 6, 3 };
ECFieldF2m ecField = new ECFieldF2m(m, ks);
// y^2+xy=x^3+x^2+1
BigInteger a = new BigInteger("1", 2);
BigInteger b = new BigInteger("1", 2);
EllipticCurve ellipticCurve = new EllipticCurve(ecField, a, b);
ECParameterSpec ecParameterSpec = new ECParameterSpec(ellipticCurve, g,
n, h);
// 公钥
ECPublicKey publicKey = new ECPublicKeyImpl(g, ecParameterSpec);
BigInteger s = new BigInteger(
"1234006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// 私钥
ECPrivateKey privateKey = new ECPrivateKeyImpl(s, ecParameterSpec);
Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
}
请注意上述代码中的TODO内容，再次提醒注意，Chipher不支持EC算法 ，以上代码仅供参考。Chipher、Signature、KeyPairGenerator、KeyAgreement、SecretKey均不支持EC算法。为了确保程序能够正常执行，我们使用了NullCipher类，验证程序。
照旧提供一个测试类：
Java代码
import static org.junit.Assert.*;
import java.math.BigInteger;
import java.security.spec.ECFieldF2m;
import java.security.spec.ECParameterSpec;
import java.security.spec.ECPoint;
import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;
import java.security.spec.ECPublicKeySpec;
import java.security.spec.EllipticCurve;
import java.util.Map;
import org.junit.Test;
/**
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class ECCCoderTest {
@Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "abc";
byte[] data = inputStr.getBytes();
Map<String, Object> keyMap = ECCCoder.initKey();
String publicKey = ECCCoder.getPublicKey(keyMap);
String privateKey = ECCCoder.getPrivateKey(keyMap);
System.err.println("公钥: \n" + publicKey);
System.err.println("私钥： \n" + privateKey);
byte[] encodedData = ECCCoder.encrypt(data, publicKey);
byte[] decodedData = ECCCoder.decrypt(encodedData, privateKey);
String outputStr = new String(decodedData);
System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);
}
}
控制台输出：
Console代码
公钥:
MEAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEDLAAEAv4TwFN7vBGsqgfXk95ObV5clO7oAokHD7BdOP9YMh8u
gAU21TjM2qPZ
私钥：
MDICAQAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEEGzAZAgEBBBTYJsR3BN7TFw7JHcAHFkwNmfil7w==
加密前: abc
解密后: abc
相关链接：
Java加密技术（一）——BASE64与单向加密算法MD5&SHA&MAC
Java加密技术（二）——对称加密DES&AES
Java加密技术（三）——PBE算法
Java加密技术（四）——非对称加密算法RSA
Java加密技术（五）——非对称加密算法的由来
Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
Java加密技术（七）——非对称加密算法最高ECC
Java加密技术（八）——数字证书
Java加密技术（九）——初探SSL
Java加密技术（十）——单向认证
Java加密技术（十一）——双向认证
Java加密技术（十二）——*.PFX(*.p12)&个人信息交换文件
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不要做无畏的小蜜蜂 | Java加密技术（六）——数字签名算法DSA
2009-05-11 09:46
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评论
11 楼 denglei9018 2014-08-05 引用
请问楼主：继承Coder这个累是引用什么jar包啊？
10 楼 AlgoThinking 2013-05-05 引用
我想用有限域下的椭圆曲线(ECFieldFp)，我选择了NIST提供的安全椭圆曲线，其中参数a = -3，但貌似类EllipticCurve（ECField field, BigInteger a, BigInteger b）中的参数a,b都不能为负。是不是现在JDK1.7也不支持EC加密和解密？
9 楼 snowolf 2012-12-11 引用
qidaopingan 写道
现在我不管加密什么参数，公钥和私钥都是一样的，也和您运行出来的一样，我的意思是，我想更换下密钥，怎么更换呢？
这个只是模拟实现，真正的ECIES底层实现，jdk底层未能支持。
Java代码
// 对数据解密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());
8 楼 qidaopingan 2012-12-11 引用
现在我不管加密什么参数，公钥和私钥都是一样的，也和您运行出来的一样，我的意思是，我想更换下密钥，怎么更换呢？
7 楼 qidaopingan 2012-12-11 引用
您好，我想问下 initKey 这个方法中，x1，x2，n，s这几个参数的值 应该是可以换的吧，但是我随意改的话，程序是报错的，我该怎么更换呢？
6 楼 emily2ly 2011-06-21 引用
请问ECIES和椭圆曲线加密有什么联系和区别
5 楼 snowolf 2009-05-14 引用
tianleifei 写道
javaeye的测试题 挺难啊 做了好几遍！ 问下楼主： import sun.security.ec.ECKeyFactory; import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl; import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl; 这几个类是要单独引入jar包吗？
jdk1.5后引入了ecc算法，仅仅在sun.security.ec下这个类，不需要单独引入其他jar。但是想要实现ecc算法，目前可能只有javacard支持完整的算法实现，j2se中没有相应的加密解密支持，仅仅完成密钥的生成与解析。由于ecc算法复杂，加密解密时间较长通常由硬件完成。可能也因为如此，j2se才没有完全的支持。
4 楼 tianleifei 2009-05-14 引用
javaeye的测试题 挺难啊 做了好几遍！
问下楼主：
import sun.security.ec.ECKeyFactory;
import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;
import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;
这几个类是要单独引入jar包吗？
3 楼 lz_cleaner 2009-05-13 引用
谢谢分享。
2 楼 nishijia 2009-05-11 引用
收藏了 谢谢
1 楼 whaosoft 2009-05-11 引用
M555555555 你写了那么多啊 支持你下~
ECC-Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学，是目前已知的公钥体制中，对每比特所提供加密强度最高的一种体制。在软件注册保护方面起到很大的作用，一般的序列号通常由该算法产生。
当我开始整理《Java加密技术（二）》的时候，我就已经在开始研究ECC了，但是关于Java实现ECC算法的资料实在是太少了，无论是国内还是国外的资料，无论是官方还是非官方的解释，最终只有一种答案——ECC算法在jdk1.5后加入支持，目前仅仅只能完成密钥的生成与解析。
如果想要获得ECC算法实现，需要调用硬件完成加密/解密（ECC算法相当耗费资源，如果单纯使用CPU进行加密/解密，效率低下），涉及到Java
Card领域，PKCS#11。
其实，PKCS#11配置很简单，但缺乏硬件设备，无法尝试！
尽管如此，我照旧提供相应的Java实现代码，以供大家参考。
通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一）
Java代码
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.interfaces.ECPrivateKey;
import java.security.interfaces.ECPublicKey;
import java.security.spec.ECFieldF2m;
import java.security.spec.ECParameterSpec;
import java.security.spec.ECPoint;
import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;
import java.security.spec.ECPublicKeySpec;
import java.security.spec.EllipticCurve;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NullCipher;
import sun.security.ec.ECKeyFactory;
import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;
import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;
/**
* ECC安全编码组件
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public abstract class ECCCoder extends Coder {
public static final String ALGORITHM = "EC";
private static final String PUBLIC_KEY = "ECCPublicKey";
private static final String PRIVATE_KEY = "ECCPrivateKey";
/**
* 解密<br>
* 用私钥解密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);
// 取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;
ECPrivateKey priKey = (ECPrivateKey) keyFactory
.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(priKey.getS(),
priKey.getParams());
// 对数据解密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 加密<br>
* 用公钥加密
*
* @param data
* @param privateKey
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, String privateKey)
throws Exception {
// 对公钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);
// 取得公钥
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;
ECPublicKey pubKey = (ECPublicKey) keyFactory
.generatePublic(x509KeySpec);
ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(pubKey.getW(),
pubKey.getParams());
// 对数据加密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey, ecPublicKeySpec.getParams());
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* 取得私钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
return encryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
* 取得公钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
return encryptBASE64(key.getEncoded());
}
/**
* 初始化密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
BigInteger x1 = new BigInteger(
"2fe13c0537bbc11acaa07d793de4e6d5e5c94eee8", 16);
BigInteger x2 = new BigInteger(
"289070fb05d38ff58321f2e800536d538ccdaa3d9", 16);
ECPoint g = new ECPoint(x1, x2);
// the order of generator
BigInteger n = new BigInteger(
"5846006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// the cofactor
int h = 2;
int m = 163;
int[] ks = { 7, 6, 3 };
ECFieldF2m ecField = new ECFieldF2m(m, ks);
// y^2+xy=x^3+x^2+1
BigInteger a = new BigInteger("1", 2);
BigInteger b = new BigInteger("1", 2);
EllipticCurve ellipticCurve = new EllipticCurve(ecField, a, b);
ECParameterSpec ecParameterSpec = new ECParameterSpec(ellipticCurve, g,
n, h);
// 公钥
ECPublicKey publicKey = new ECPublicKeyImpl(g, ecParameterSpec);
BigInteger s = new BigInteger(
"1234006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// 私钥
ECPrivateKey privateKey = new ECPrivateKeyImpl(s, ecParameterSpec);
Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
return keyMap;
}
}
请注意上述代码中的TODO内容，再次提醒注意，Chipher不支持EC算法 ，以上代码仅供参考。Chipher、Signature、KeyPairGenerator、KeyAgreement、SecretKey均不支持EC算法。为了确保程序能够正常执行，我们使用了NullCipher类，验证程序。
照旧提供一个测试类：
Java代码
import static org.junit.Assert.*;
import java.math.BigInteger;
import java.security.spec.ECFieldF2m;
import java.security.spec.ECParameterSpec;
import java.security.spec.ECPoint;
import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;
import java.security.spec.ECPublicKeySpec;
import java.security.spec.EllipticCurve;
import java.util.Map;
import org.junit.Test;
/**
*
* @author 梁栋
* @version 1.0
* @since 1.0
*/
public class ECCCoderTest {
@Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "abc";
byte[] data = inputStr.getBytes();
Map<String, Object> keyMap = ECCCoder.initKey();
String publicKey = ECCCoder.getPublicKey(keyMap);
String privateKey = ECCCoder.getPrivateKey(keyMap);
System.err.println("公钥: \n" + publicKey);
System.err.println("私钥： \n" + privateKey);
byte[] encodedData = ECCCoder.encrypt(data, publicKey);
byte[] decodedData = ECCCoder.decrypt(encodedData, privateKey);
String outputStr = new String(decodedData);
System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);
}
}
控制台输出：
Console代码
公钥:
MEAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEDLAAEAv4TwFN7vBGsqgfXk95ObV5clO7oAokHD7BdOP9YMh8u
gAU21TjM2qPZ
私钥：
MDICAQAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEEGzAZAgEBBBTYJsR3BN7TFw7JHcAHFkwNmfil7w==
加密前: abc
解密后: abc
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11 楼 denglei9018 2014-08-05 引用
请问楼主：继承Coder这个累是引用什么jar包啊？
10 楼 AlgoThinking 2013-05-05 引用
我想用有限域下的椭圆曲线(ECFieldFp)，我选择了NIST提供的安全椭圆曲线，其中参数a = -3，但貌似类EllipticCurve（ECField field, BigInteger a, BigInteger b）中的参数a,b都不能为负。是不是现在JDK1.7也不支持EC加密和解密？
9 楼 snowolf 2012-12-11 引用
qidaopingan 写道
现在我不管加密什么参数，公钥和私钥都是一样的，也和您运行出来的一样，我的意思是，我想更换下密钥，怎么更换呢？
这个只是模拟实现，真正的ECIES底层实现，jdk底层未能支持。
Java代码
// 对数据解密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());
8 楼 qidaopingan 2012-12-11 引用
现在我不管加密什么参数，公钥和私钥都是一样的，也和您运行出来的一样，我的意思是，我想更换下密钥，怎么更换呢？
7 楼 qidaopingan 2012-12-11 引用
您好，我想问下 initKey 这个方法中，x1，x2，n，s这几个参数的值 应该是可以换的吧，但是我随意改的话，程序是报错的，我该怎么更换呢？
6 楼 emily2ly 2011-06-21 引用
请问ECIES和椭圆曲线加密有什么联系和区别
5 楼 snowolf 2009-05-14 引用
tianleifei 写道
javaeye的测试题 挺难啊 做了好几遍！ 问下楼主： import sun.security.ec.ECKeyFactory; import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl; import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl; 这几个类是要单独引入jar包吗？
jdk1.5后引入了ecc算法，仅仅在sun.security.ec下这个类，不需要单独引入其他jar。但是想要实现ecc算法，目前可能只有javacard支持完整的算法实现，j2se中没有相应的加密解密支持，仅仅完成密钥的生成与解析。由于ecc算法复杂，加密解密时间较长通常由硬件完成。可能也因为如此，j2se才没有完全的支持。
4 楼 tianleifei 2009-05-14 引用
javaeye的测试题 挺难啊 做了好几遍！
问下楼主：
import sun.security.ec.ECKeyFactory;
import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;
import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;
这几个类是要单独引入jar包吗？
3 楼 lz_cleaner 2009-05-13 引用
谢谢分享。
2 楼 nishijia 2009-05-11 引用
收藏了 谢谢
1 楼 whaosoft 2009-05-11 引用
M555555555 你写了那么多啊 支持你下~
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 
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