Java 四种基本加密算法分析

在Java中，有四种基本的加密算法，分别是：DES、AES、RSA 和 MD5。本文将对四种算法进行详细讲解，并给出相关的示例说明。

DES 加密算法

DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，其密钥长度为64位，加密和解密使用相同的密钥。DES算法的加密过程如下：

将明文进行填充，使其长度为64的整数倍；
将填充后的明文划分成64位一组，称为数据块，最后一个数据块不足64位时进行填充；
对于每一组数据块，先进行初始置换 IP，然后进行16轮迭代，每轮迭代包括以下四步：置换、S盒代替、P盒置换和异或操作；
最后一轮迭代之后，交换左右两个32位的子块，然后进行最终置换 IP^-1，得到密文。

以下是Java实现DES加密的示例代码：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class DESUtil {

    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";

    // 生成DES密钥
    public static byte[] generateKey() throws Exception {
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
        keyGenerator.init(56);
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        return secretKey.getEncoded();
    }

    // DES加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    // DES解密
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "DES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

AES 加密算法

AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，其密钥长度可以为128、192或256位，加密和解密使用相同的密钥。AES算法的加密过程如下：

将明文进行填充，使其长度为128的整数倍；
将填充后的明文划分成128位一组，称为数据块，最后一个数据块不足128位时进行填充；
对于每一组数据块，先进行轮密钥加，然后进行10轮迭代，每轮迭代包括以下四步：字节代替、行移位、列混淆和轮密钥加；
最后一轮迭代之后，进行末轮处理，得到密文。

以下是Java实现AES加密的示例代码：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESUtil {

    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";

    // 生成AES密钥
    public static byte[] generateKey(int keySize) throws Exception {
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
        keyGenerator.init(keySize);
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        return secretKey.getEncoded();
    }

    // AES加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    // AES解密
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

RSA 加密算法

RSA（Rivest-Shamir-Adleman）是一种非对称加密算法，其密钥分为公钥和私钥，公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。RSA算法的加密过程如下：

选取两个大质数p和q，计算N=p*q；
计算φ(N)=(p-1)*(q-1)；
随机生成一个整数e，使得1<e<φ(N)，且e与φ(N)互质；
计算d，使得(e*d) mod φ(N)=1；
将明文转换成数字M，使得0<=M<N；
计算密码文C=(M^e) mod N。

以下是Java实现RSA加密的示例代码：

import java.math.BigInteger;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

public class RSAUtil {

    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "RSA/ECB/PKCS1Padding";

    // 生成RSA密钥对
    public static KeyPair generateKeyPair(int keySize) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(keySize);
        return keyPairGenerator.generateKeyPair();
    }

    // RSA公钥加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data, PublicKey publicKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    // RSA私钥解密
    public static byte[] decrypt(byte[] data, PrivateKey privateKey) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

MD5 散列算法

MD5（Message-Digest Algorithm 5）是一种散列算法，其作用是将任意长度的数据压缩成一个128位的散列值（即摘要值）。MD5算法的加密过程如下：

将明文进行填充，使其长度为512的整数倍；
将填充后的明文划分成512位一组，称为消息分组；
对于每一组消息分组，进行四轮迭代，每轮迭代包括以下四步：置换、非线性函数、循环移位和轮密钥加；
最后一轮迭代之后，将四个32位字沿着大端顺序连接起来，得到128位的散列值。

以下是Java实现MD5散列的示例代码：

import java.security.MessageDigest;

public class MD5Util {

    public static byte[] encrypt(byte[] data) throws Exception {
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
        return messageDigest.digest(data);
    }
}

示例说明

DES加解密示例

public static void main(String[] args) {
    try {
        // 生成DES密钥
        byte[] key = DESUtil.generateKey();
        // 明文
        String plainText = "This is a plain text";
        byte[] plainData = plainText.getBytes();
        // DES加密
        byte[] encryptData = DESUtil.encrypt(plainData, key);
        // DES解密
        byte[] decryptData = DESUtil.decrypt(encryptData, key);
        // 显示结果
        System.out.println("Plain Text: " + plainText);
        System.out.println("Encrypted Data: " + new String(encryptData));
        System.out.println("Decrypted Data: " + new String(decryptData));
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

RSA加解密示例

public static void main(String[] args) {
    try {
        // 生成RSA密钥对
        KeyPair keyPair = RSAUtil.generateKeyPair(1024);
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 明文
        String plainText = "This is a plain text";
        byte[] plainData = plainText.getBytes();
        // RSA公钥加密
        byte[] encryptData = RSAUtil.encrypt(plainData, publicKey);
        // RSA私钥解密
        byte[] decryptData = RSAUtil.decrypt(encryptData, privateKey);
        // 显示结果
        System.out.println("Plain Text: " + plainText);
        System.out.println("Encrypted Data: " + new BigInteger(encryptData).toString(16));
        System.out.println("Decrypted Data: " + new String(decryptData));
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

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