文章目录

一常见加密方式
二对称加密
- 2.1 Cipher类简介
- 2.2 Base算法
- 2.3 补充：Byte&bit
- 2.4 DES加密演示
- 2.5 DES解密
- 2.6 补充：对于IDEA控制台乱码的解决方法
- 2.7 AES加密解密
- 2.8 补充： toString()与new String ()用法区别
- 2.9 加密模式
- - 2.9.1 ECB
  - 2.9.2 CBC
- 2.10 填充模式
- - 2.10.1 NoPadding
  - 2.10.2 PKCS5Padding
  - 2.10.3 Tips
- 2.11 加密模式和填充模式演示

一常见加密方式

在这里插入图片描述

二对称加密

对称加密：采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密
示例：现在有一个原文3要发送给B
- 设置密钥为108, 3 * 108 = 324, 将324作为密文发送给B
- B拿到密文324后, 使用324/108 = 3 得到原文
常见加密算法
- DES : Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。
- AES : Advanced Encryption Standard, 高级加密标准 .在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。

特点
- 加密速度快, 可以加密大文件
- 密文可逆, 一旦密钥文件泄漏, 就会导致数据暴露
- 加密后编码表找不到对应字符, 出现乱码
- 一般结合Base64使用

2.1 Cipher类简介

该类提供加密和解密的加密密码的功能。它构成了Java加密扩展（JCE）框架的核心。
为了创建一个Cipher对象，应用程序调用Cipher的getInstance方法，并将所请求的转换的名称传递给它。可选地指定提供者的名称。
转换是描述要在给定输入上执行的操作（或操作集）的字符串，以产生一些输出。 转换包括**：加密算法的名称（例如， DES ），并且可以跟随有反馈模式和填充方案。**
转换形式如下：

- “ 算法/模式/填充 ”或“ 算法 ”  
Cipher c = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding"); 
- 在该一种情况下，使用模式和填充方案的提供者特定的默认值
Cipher c = Cipher.getInstance("DES");

2.2 Base算法

Base64：在编码过程中使用了64种字符：大写A到Z、小写a到z、数字0到9、“+”和“/”
Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的可读性编码算法之一
可读性编码算法不是为了保护数据的安全性，而是为了可读性。可读性编码不改变信息内容，只改变信息内容的表现形式
Base58是Bitcoin(比特币)中使用的一种编码方式，主要用于产生Bitcoin的钱包地址。相比Base64，Base58不使用数字"0"，字母大写"O"，字母大写"I"，和字母小写"i"，以及"+“和”/"符号。

Base64算法原理
base64 是 3个字节为一组，一个字节 8位，一共就是24位，然后，把3个字节转成4组，每组6位， $3 * 8 = 4 * 6 = 24$ ，每组6位，缺少的2位，会在高位进行补0 ，这样做的好处在于，base取的是后面6位，去掉高2位，那么base64的取值就可以控制在0-63位了，所以就叫base64，111 111 = 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 =64.
base64是三个字节一组，如果当我们的位数不够的时候，会使用等号来补齐

2.3 补充：Byte&bit

Byte : 字节. 数据存储的基本单位，比如移动硬盘1T ，单位是byte
bit : 比特/位.。要么是0要么是1. 数据传输的单位 , 比如家里的宽带100Mb，下载速度并没有达到100MB，一般都是12-13MB，那么是因为需要使用 100 / 8 MB
关系: 1Byte = 8bit

演示

public class ByteBit {
    public static void main(String[] args) {
        String a = "a";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte aByte : bytes) {
            int c = aByte;
            System.out.println(c);
            // byte 字节，对应的bit是多少
            String s = Integer.toBinaryString(c);
            System.out.println(s);
        }
    }
}

  ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2e86e1293f5b4216bc0fe5c4cf3736fa.png)

一个英文字母对应的字节

public static void main(String[] args) throws Exception{
        String a = "A";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte aByte : bytes) {
            System.out.println(aByte);
            String s = Integer.toBinaryString(aByte);
            System.out.println(s);
        }
    }

在utf-8编码格式下，一个中文对应三个字节
在GBK编码格式下，一个中文对应两个字节

public static void main(String[] args) throws Exception{
        String a = "天";
        byte[] bytes = a.getBytes();
        for (byte aByte : bytes) {
            System.out.println(aByte);
            String s = Integer.toBinaryString(aByte);
            System.out.println(s);
        }
    }

在这里插入图片描述

public static void main(String[] args) throws Exception{
        String a = "天";
        byte[] bytes = a.getBytes("GBK");
        for (byte aByte : bytes) {
            System.out.println(aByte);
            String s = Integer.toBinaryString(aByte);
            System.out.println(s);
        }
    }

在这里插入图片描述

2.4 DES加密演示

public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文
        String input = "天下";
        // des加密必须是8位
        String key = "12345678";
        // 算法
        String algorithm = "DES";

        String transformation = "DES";
        
        // Cipher：密码，获取加密对象
        // transformation:表示使用什么类型加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        /*	第一步：指定秘钥规则
         		第一个参数表示：密钥，key的字节数组
         		第二个参数表示：算法
        */
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        /* 
         第二步：对加密进行初始化
         	第一个参数：表示模式，有加密模式和解密模式
         	第二个参数：表示秘钥规则
        */
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 第三步：进行加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        
        // 打印密文，因为ascii码有负数，解析不出来，所以乱码
        System.out.println(new String(bytes));
        //
    }

注意：DES加密算法规定，密匙必须是八个字节，否做会出现以下错误

java.security.InvalidKeyException: Wrong key size

	at java.base/com.sun.crypto.provider.DESCrypt.init(DESCrypt.java:536)
	at java.base/com.sun.crypto.provider.ElectronicCodeBook.init(ElectronicCodeBook.java:97)
	at java.base/com.sun.crypto.provider.CipherCore.init(CipherCore.java:481)
	at java.base/com.sun.crypto.provider.CipherCore.init(CipherCore.java:399)
	at java.base/com.sun.crypto.provider.DESCipher.engineInit(DESCipher.java:187)
	at java.base/javax.crypto.Cipher.implInit(Cipher.java:869)
	at java.base/javax.crypto.Cipher.chooseProvider(Cipher.java:931)
	at java.base/javax.crypto.Cipher.init(Cipher.java:1301)
	at java.base/javax.crypto.Cipher.init(Cipher.java:1238)
	at DESTest.test1(DESTest.java:31)

注意：出现乱码是因为对应的字节出现负数，但负数，没有出现在 ascii 码表里面，所以出现乱码，需要配合base64进行转码
- 注意：导入的包为org.apache.commons.codec.binary.Base64;
```
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
//对数据进行Base64编码
 String s = Base64.encodeBase64String(bytes);
 System.out.println(s);
```

在这里插入图片描述

2.5 DES解密


import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
public class DESTest {
    @Test
    public  void test() throws Exception {
        String input ="天下";
        // DES加密算法，key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";

        String transformation = "DES";
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "DES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);

        String s = decryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encodeBase64String(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String decryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密，上面使用的base64编码，下面直接用密文
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(input));
        //  因为是明文，所以直接返回
        return new String(bytes);
    }
}

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2.6 补充：对于IDEA控制台乱码的解决方法

在这里插入图片描述

2.7 AES加密解密

AES 加密解密和 DES 加密解密代码一样，只需要修改加密算法就行
AES 加密的密钥key ，需要传入16个字节，否则，会出现以下错误信息
```
java.security.InvalidKeyException: Invalid AES key length: 8 bytes
```

import org.junit.Test;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
public class DESTest {
    @Test
    public  void test() throws Exception {
        String input ="天下";
        // DES加密算法，key的大小必须是8个字节
        String key = "12345678";

        String transformation = "AES";
        // 指定获取密钥的算法
        String algorithm = "AES";
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);

        String s = decryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);

    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encodeBase64String(bytes);

        return encode;
    }

    /**
     * 使用DES解密
     *
     * @param input          : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @throws Exception
     * @return: 原文
     */
    private static String decryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 1,获取Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 指定密钥规则
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sks);
        // 3. 解密，上面使用的base64编码，下面直接用密文
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(input));
        //  因为是明文，所以直接返回
        return new String(bytes);
    }
}

在这里插入图片描述

2.8 补充： toString()与new String ()用法区别

public static void main(String[] args) {
        // 表示密文
        String str="TU0jV0xBTiNVYys5bEdiUjZlNU45aHJ0bTdDQStBPT0jNjQ2NDY1Njk4IzM5OTkwMDAwMzAwMA==";
        // 使用base64进行解码
        String rlt1=new String(Base64.decodeBase64(str.getBytes()));
        // 使用base64进行解码
        String rlt2= Base64.decodeBase64(str).toString();

        System.out.println("new String===" + rlt1);

        System.out.println("toString==" + rlt2);

    }

在这里插入图片描述

哪一个是正确的？为什么？
new String()的方法，因为Base64加解密是一种转换编码格式的原理
toString()与new String ()用法区别
str.toString是调用了这个object对象的类的toString方法。一般是返回这么一个String：[class name]@[hashCode]
new String(str)是根据parameter是一个字节数组，使用java虚拟机默认的编码格式，将这个字节数组decode为对应的字符。若虚拟机默认的编码格式是ISO-8859-1，按照ascii编码表即可得到字节对应的字符。
两个方法的使用时机：
new String（）一般使用字符转码的时候,byte[]数组的时候
toString（）对象打印的时候使用

2.9 加密模式

2.9.1 ECB

ECB : Electronic codebook, 电子密码本. 需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块，并对每个块进行独立加密
优点 : 可以并行处理数据
缺点 : 同样的原文生成同样的密文, 不能很好的保护数据
同时加密，原文是一样的，加密出来的密文也是一样的

2.9.2 CBC

CBC : Cipher-block chaining, 密码块链接. 每个明文块先与前一个密文块进行异或后，再进行加密。在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所有明文块
优点 : 同样的原文生成的密文不一样
缺点 : 串行处理数据.

2.10 填充模式

当需要按块处理的数据, 数据长度不符合块处理需求时, 按照一定的方法填充满块长的规则

2.10.1 NoPadding

不填充
在DES加密算法下, 要求原文长度必须是8byte的整数倍
在AES加密算法下, 要求原文长度必须是16byte的整数倍

2.10.2 PKCS5Padding

数据块的大小为8位, 不够就补足

2.10.3 Tips

默认情况下, 加密模式和填充模式为 : ECB/PKCS5Padding
如果使用CBC模式, 在初始化Cipher对象时, 需要增加参数, 初始化向量IV : IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());

加密模式和填充模式

AES/CBC/NoPadding (128)
AES/CBC/PKCS5Padding (128)
AES/ECB/NoPadding (128)
AES/ECB/PKCS5Padding (128)
DES/CBC/NoPadding (56)
DES/CBC/PKCS5Padding (56)
DES/ECB/NoPadding (56)
DES/ECB/PKCS5Padding (56)
DESede/CBC/NoPadding (168)
DESede/CBC/PKCS5Padding (168)
DESede/ECB/NoPadding (168)
DESede/ECB/PKCS5Padding (168)
RSA/ECB/PKCS1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding (1024, 2048)

2.11 加密模式和填充模式演示

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 原文 如果使用的是不填充的模式，那么原文必须是8个字节的整数倍
        String input = "天下";
        // 定义key
        // 如果使用des进行加密，那么密钥必须是8个字节
        String key = "12345678";
        // ECB:表示加密模式
        // PKCS5Padding:表示填充模式 qANksk5lvqM=
        // 如果默认情况，没有写填充模式和加密模式，那么默认就使用DES/ECB/PKCS5Padding
        String transformation = "DES/CBC/PKCS5Padding";
        // 加密类型
        String algorithm = "DES";
        // 指定获取密钥的算法
        String encryptDES = encryptDES(input, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("加密:" + encryptDES);

        String s = decryptDES(encryptDES, key, transformation, algorithm);
        System.out.println("解密:" + s);
    }

    /**
     * 解密
     * @param encryptDES  密文
     * @param key         密钥
     * @param transformation 加密算法
     * @param algorithm   加密类型
     * @return
     */
    private static String decryptDES(String encryptDES, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(),algorithm);
        // 创建iv向量
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
        //Cipher.DECRYPT_MODE:表示解密
        // 解密规则
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,secretKeySpec,iv);
        // 解密，传入密文
        byte[] bytes = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(encryptDES));

        return new String(bytes);
    }

    /**
     * 使用DES加密数据
     *
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥(DES,密钥的长度必须是8个字节)
     * @param transformation : 获取Cipher对象的算法
     * @param algorithm      : 获取密钥的算法
     * @return : 密文
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptDES(String input, String key, String transformation, String algorithm) throws Exception {
        // 获取加密对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 创建加密规则
        // 第一个参数key的字节
        // 第二个参数表示加密算法
        SecretKeySpec sks = new SecretKeySpec(key.getBytes(), algorithm);
        // 创建iv向量，iv向量，是使用到CBC加密模式
        // 在使用iv向量进行加密的时候，iv的字节也必须是8个字节
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes());
        // ENCRYPT_MODE：加密模式
        // DECRYPT_MODE: 解密模式
        // 初始化加密模式和算法
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,sks,iv);
        // 加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());

        // 输出加密后的数据
        String encode = Base64.encodeBase64String(bytes);

        return encode;
    }