千里冰封
JAVA 浓香四溢
posts - 151,comments - 2801,trackbacks - 0

本文主要谈一下密码学中的加密和数字签名,以及其在java中如何进行使用。对密码学有兴趣的伙伴,推荐看Bruce Schneier的著作:Applied Crypotography。在jdk1.5的发行版本中安全性方面有了很大的改进,也提供了对RSA算法的直接支持,现在我们从实例入手解决问题(本文 仅是作为简单介绍):

一、密码学上常用的概念 

1)消息摘要:

这是一种与消息认证码结合使用以确保消息完整性的技术。主要使用单向散列函数算法,可用于检验消息的完整性,和通过散列密码直接以文本形式保存等,目 前广泛使用的算法有MD4、MD5、SHA-1,jdk1.5对上面都提供了支持,在java中进行消息摘要很简单, java.security.MessageDigest提供了一个简易的操作方法:

/**
*MessageDigestExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import java.security.MessageDigest;
/**
*单一的消息摘要算法,不使用密码.可以用来对明文消息(如:密码)隐藏保存
*/
public class MessageDigestExample{
public static void main(String[] args) throws Exception{
if(args.length!=1){
System.err.println("Usage:java MessageDigestExample text");
System.exit(1);
}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//使用getInstance("算法")来获得消息摘要,这里使用SHA-1的160位算法
MessageDigest messageDigest=MessageDigest.getInstance("SHA-1");

System.out.println(" "+messageDigest.getProvider().getInfo());
//开始使用算法
messageDigest.update(plainText);
System.out.println(" Digest:");
//输出算法运算结果
System.out.println(new String(messageDigest.digest(),"UTF8"));
}
}

还可以通过消息认证码来进行加密实现,javax.crypto.Mac提供了一个解决方案,有兴趣者可以参考相关API文档,本文只是简单介绍什么是摘要算法。

 2)私钥加密:

消息摘要只能检查消息的完整性,但是单向的,对明文消息并不能加密,要加密明文的消息的话,就要使用其他的算法,要确保机密性,我们需要使用私钥密码术来交换私有消息。

这种最好理解,使用对称算法。比如:A用一个密钥对一个文件加密,而B读取这个文件的话,则需要和A一样的密钥,双方共享一个私钥(而在web环境下,私钥在传递时容易被侦听):

使用私钥加密的话,首先需要一个密钥,可用javax.crypto.KeyGenerator产生一个密钥 (java.security.Key),然后传递给一个加密工具(javax.crypto.Cipher),该工具再使用相应的算法来进行加密,主要 对称算法有:DES(实际密钥只用到56位),AES(支持三种密钥长度:128、192、256位),通常首先128位,其他的还有DESede等, jdk1.5种也提供了对对称算法的支持,以下例子使用AES算法来加密:

/**
*PrivateExmaple.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import java.security.Key;

/**
*私鈅加密,保证消息机密性
*/
public class PrivateExample{
public static void main(String[] args) throws Exception{
if(args.length!=1){
System.err.println("Usage:java PrivateExample ");
System.exit(1);
}
byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");

//通过KeyGenerator形成一个key
System.out.println(" Start generate AES key");
KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(128);
Key key=keyGen.generateKey();
System.out.println("Finish generating DES key");

//获得一个私鈅加密类Cipher,ECB是加密方式,PKCS5Padding是填充方法
Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
System.out.println(" "+cipher.getProvider().getInfo());

//使用私鈅加密
System.out.println(" Start encryption:");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);
System.out.println("Finish encryption:");
System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

System.out.println(" Start decryption:");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
System.out.println("Finish decryption:");

System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));

}
}

 3)公钥加密:

上面提到,私钥加密需要一个共享的密钥,那么如何传递密钥呢?web环境下,直接传递的话很容易被侦听到,幸好有了公钥加密的出现。公钥加密也叫不对 称加密,不对称算法使用一对密钥对,一个公钥,一个私钥,使用公钥加密的数据,只有私钥能解开(可用于加密);同时,使用私钥加密的数据,只有公钥能解开 (签名)。但是速度很慢(比私钥加密慢100到1000倍),公钥的主要算法有RSA,还包括Blowfish,Diffie-Helman等, jdk1.5种提供了对RSA的支持,是一个改进的地方:

/**
*PublicExample.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyPair;
/**
*一个简单的公鈅加密例子,Cipher类使用KeyPairGenerator生成的公鈅和私鈅
*/
public class PublicExample{
public static void main(String[] args) throws Exception{
if(args.length!=1){
System.err.println("Usage:java PublicExample ");
System.exit(1);
}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");
//构成一个RSA密钥
System.out.println(" Start generating RSA key");
KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyGen.initialize(1024);
KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();
System.out.println("Finish generating RSA key");

//获得一

个RSA的Cipher类,使用公鈅加密
Cipher cipher=Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
System.out.println(" "+cipher.getProvider().getInfo());

System.out.println(" Start encryption");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key.getPublic());
byte[] cipherText=cipher.doFinal(plainText);
System.out.println("Finish encryption:");
System.out.println(new String(cipherText,"UTF8"));

//使用私鈅解密
System.out.println(" Start decryption");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key.getPrivate());
byte[] newPlainText=cipher.doFinal(cipherText);
System.out.println("Finish decryption:");
System.out.println(new String(newPlainText,"UTF8"));
}
}

4)数字签名:

数字签名,它是确定交换消息的通信方身份的第一个级别。上面A通过使用公钥加密数据后发给B,B利用私钥解密就得到了需要的数据,问题来了,由于都是 使用公钥加密,那么如何检验是A发过来的消息呢?上面也提到了一点,私钥是唯一的,那么A就可以利用A自己的私钥进行加密,然后B再利用A的公钥来解密, 就可以了;数字签名的原理就基于此,而通常为了证明发送数据的真实性,通过利用消息摘要获得简短的消息内容,然后再利用私钥进行加密散列数据和消息一起发 送。java中为数字签名提供了良好的支持,java.security.Signature类提供了消息签名:

/**
*DigitalSignature2Example.java
*Copyright 2005-2-16
*/
import java.security.Signature;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyPair;
import java.security.SignatureException;

/**
*数字签名,使用RSA私钥对对消息摘要签名,然后使用公鈅验证 测试
*/
public class DigitalSignature2Example{
public static void main(String[] args) throws Exception{
if(args.length!=1){
System.err.println("Usage:java DigitalSignature2Example ");
System.exit(1);
}

byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8");
//形成RSA公钥对
System.out.println(" Start generating RSA key");
KeyPairGenerator keyGen=KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyGen.initialize(1024);

KeyPair key=keyGen.generateKeyPair();
System.out.println("Finish generating RSA key");
//使用私鈅签名
Signature sig=Signature.getInstance("SHA1WithRSA");
sig.initSign(key.getPrivate());
sig.update(plainText);
byte[] signature=sig.sign();
System.out.println(sig.getProvider().getInfo());
System.out.println(" Signature:");
System.out.println(new String(signature,"UTF8"));

//使用公鈅验证
System.out.println(" Start signature verification");
sig.initVerify(key.getPublic());
sig.update(plainText);
try{
if(sig.verify(signature)){
System.out.println("Signature verified");
}else System.out.println("Signature failed");
}catch(SignatureException e){
System.out.println("Signature failed");
}
}
}


 5)数字证书。

还有个问题,就是公钥问题,A用私钥加密了,那么B接受到消息后,用A提供的公钥解密;那么现在有个讨厌的C,他把消息拦截了,然后用自己的私钥加 密,同时把自己的公钥发给B,并告诉B,那是A的公钥,结果....,这时候就需要一个中间机构出来说话了(相信权威,我是正确的),就出现了 Certificate Authority(也即CA),有名的CA机构有Verisign等,目前数字认证的工业标准是:CCITT的X.509:
数字证书:它将一个身份标识连同公钥一起进行封装,并由称为认证中心或 CA 的第三方进行数字签名。

密钥库:java平台为你提供了密钥库,用作密钥和证书的资源库。从物理上讲,密钥库是缺省名称为 .keystore 的文件(有一个选项使它成为加密文件)。密钥和证书可以拥有名称(称为别名),每个别名都由唯一的密码保护。密钥库本身也受密码保护;您可以选择让每个别 名密码与主密钥库密码匹配。

使用工具keytool,我们来做一件自我认证的事情吧(相信我的认证):

1、创建密钥库keytool -genkey -v -alias feiUserKey -keyalg RSA 默认在自己的home目录下(windows系统是c:documents and settings<你的用户名> 目录下的.keystore文件),创建我们用 RSA 算法生成别名为 feiUserKey 的自签名的证书,如果使用了-keystore mm 就在当前目录下创建一个密钥库mm文件来保存密钥和证书。

2、查看证书:keytool -list 列举了密钥库的所有的证书

也可以在dos下输入keytool -help查看帮助。


尽管千里冰封
依然拥有晴空

你我共同品味JAVA的浓香.
posted on 2008-05-31 17:32 千里冰封 阅读(3500) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: JAVASE

只有注册用户登录后才能发表评论。


网站导航: