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。
这里补充另一个运用消息摘要的方式加密的例子:
public class TestEncrypt {
public TestEncrypt() {
}
/**
* @param strSrc :strSrc is a string will be encrypted,
* @param encName : encName is the algorithm name will be used.
* encName dafault to "MD5"
* @return String
*/
public String Encrypt(String strSrc, String encName) {
MessageDigest md = null;
String strDes = null;
byte[] bt = strSrc.getBytes();
try {
if (encName == null || encName.equals("")) {
encName = "MD5";
}
md = MessageDigest.getInstance(encName);
md.update(bt);
strDes = bytes2Hex(md.digest()); //to HexString
}
catch (NoSuchAlgorithmException e) {
System.out.println("Invalid algorithm.");
return null;
}
return strDes;
}
public String bytes2Hex(byte[] bts) {
String des = "";
String tmp = null;
for (int i = 0; i < bts.length; i++) {
tmp = (Integer.toHexString(bts[i] & 0xFF));
if (tmp.length() == 1) {
des += "0";
}
des += tmp;
}
return des;
}
public static void main(String[]args) {
TestEncrypt te = new TestEncrypt();
String strSrc = "可以加密汉字.Oh,and english";
System.out.println("Source String:" + strSrc);
System.out.println("Encrypted String:");
System.out.println("Use Def:" + te.Encrypt(strSrc, null));
System.out.println("Use MD5:" + te.Encrypt(strSrc, "MD5"));
System.out.println("Use SHA:" + te.Encrypt(strSrc, "SHA-1"));
System.out.println("Use SHA-256:" + te.Encrypt(strSrc, "SHA-256"));
}
}
另外，在javawebparts中的 RequestHelpers里的generateGUID方法也涉及到了MD5的方法，代码如下:
public static String generateGUID(HttpServletRequest request) {
String out = "";
try {
// Construct a string that is comprised of:
// Remote IP Address + Host IP Address + Date (yyyyMMdd) +
// Time (hhmmssSSa) + Requested Path + Session ID +
// HashCode Of ParameterMap
StringBuffer sb = new StringBuffer(1024);
sb.append(request.getRemoteAddr());
InetAddress ia = InetAddress.getLocalHost();
sb.append(ia.getHostAddress());
sb.append(new SimpleDateFormat("yyyyMMddhhmmssSSa").format(new Date()));
String path = request.getServletPath();
String pathInfo = request.getPathInfo();
if (pathInfo != null) {
path += pathInfo;
}
sb.append(path);
sb.append(request.getSession(false));
sb.append(request.getParameterMap().hashCode());
String str = sb.toString();
// Now encode the string using an MD5 encryption algorithm.
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("md5");
md.update(str.getBytes());
byte[] digest = md.digest();
StringBuffer hexStr = new StringBuffer(1024);
for (int i = 0; i < digest.length; i++) {
str = Integer.toHexString(0xFF & digest[i]);
if (str.length() < 2) {
str = "0" + str;
}
hexStr.append(str);
}
out = hexStr.toString();
} catch (NoSuchAlgorithmException nsae) {
log.error(nsae);
} catch (UnknownHostException uhe) {
log.error(uhe);
}
// Return the encrypted string. It should be unique based on the
// components that comprise the plain text string, and should always be
// 32 characters thanks to the MD5 algorithm.
return out;
} // End generateGUID().
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"));
}
}