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数字签名
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("\n"+messageDigest.getProvider().getInfo()); //开始使用算法 messageDigest.update(plainText); System.out.println("\nDigest:"); //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 <text>"); System.exit(1); } byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); //通过KeyGenerator形成一个key System.out.println("\nStart 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("\n"+cipher.getProvider().getInfo()); //使用私鈅加密 System.out.println("\nStart 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("\nStart 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 <text>"); System.exit(1); } byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); //构成一个RSA密钥 System.out.println("\nStart 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("\n"+cipher.getProvider().getInfo()); System.out.println("\nStart 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("\nStart 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 <text>"); System.exit(1); } byte[] plainText=args[0].getBytes("UTF8"); //形成RSA公钥对 System.out.println("\nStart 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() |