DES、3DES、AES、PBE对称加密算法实现及应用

提示：扫一扫查出行
【扫一扫了解最新限行尾号】
复制提示

1.对称加密算法概述

对称加密算法是应用较早的加密算法，技术成熟。在对称加密算法中，数据发信方将明文和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。

在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。

对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。

在计算机系统中广泛使用的对称加密算法有DES和IDEA等。因为DES近年来屡屡被破解，所以，美国国家标准局倡导的AES即将作为新标准取代DES。

2.对称加密算法-DES

DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。

明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位， 使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。

引入Bouncy Castle依赖：

<dependency> <groupId>org.bouncycastle</groupId> <artifactId>bcprov-jdk15</artifactId> <version>1.46</version></dependency>

引入Commons Codec依赖：

<dependency> <groupId>commons-codec</groupId> <artifactId>commons-codec</artifactId> <version>1.10</version></dependency>

Java代码实现：

import java.security.Key;import java.security.Security;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.SecretKeyFactory;import javax.crypto.spec.DESKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;public class DES { public static final String src = "des test"; public static void main(String[] args) { jdkDES(); bcDES(); } // 用jdk实现: public static void jdkDES() { try { // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES"); keyGenerator.init(56); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("jdk des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("jdk des decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } // 用bouncy castle实现: public static void bcDES() { try { Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES", "BC"); keyGenerator.getProvider(); keyGenerator.init(56); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("bc des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("bc des decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }}

3.对称加密算法-3DES

密码学中，三重数据加密算法（英语：Triple Data Encryption Algorithm，缩写为TDEA，Triple DEA），或称3DES（Triple DES），是一种对称密钥加密块密码，相当于是对每个数据块应用三次数据加密标准（DES）算法。由于计算机运算能力的增强，原版DES密码的密钥长度变得容易被暴力破解；3DES即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

Java代码实现：

import java.security.Key;import java.security.SecureRandom;import java.security.Security;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.SecretKeyFactory;import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;public class DES3 { public static final String src = "3des test"; public static void main(String[] args) { jdk3DES(); bc3DES(); } // 用jdk实现: public static void jdk3DES() { try { // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede"); // 必须长度是：112或168// keyGenerator.init(168); keyGenerator.init(new SecureRandom()); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede"); Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("jdk 3des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("jdk 3des decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } // 用bouncy castle实现: public static void bc3DES() { try { Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede", "BC"); keyGenerator.getProvider(); keyGenerator.init(168); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede"); Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("bc 3des encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("bc 3des decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }}

4.对称加密算法-AES

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），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。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael为名投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijndael的发音近于"Rhine doll"）

Java代码实现：

import java.security.Key;import java.security.Security;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;public class AES { public static final String src = "aes test"; public static void main(String[] args) { jdkAES(); bcAES(); } // 用jdk实现: public static void jdkAES() { try { // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES"); keyGenerator.init(128); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 Key key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES"); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("jdk aes encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("jdk aes decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } // 用bouncy castle实现: public static void bcAES() { try { Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 生成KEY KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES", "BC"); keyGenerator.getProvider(); keyGenerator.init(128); // 产生密钥 SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey(); // 获取密钥 byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded(); // KEY转换 Key key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES"); // 加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("bc aes encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("bc aes decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }}

应用举例：

5.对称加密算法-PBE

PBE算法（Password Based Encryption，基于口令加密）是一种基于口令的加密算法，其特点是使用口令代替了密钥，而口令由用户自己掌管，采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。

PBE算法在加密过程中并不是直接使用口令来加密，而是加密的密钥由口令生成，这个功能由PBE算法中的KDF函数完成。KDF函数的实现过程为：将用户输入的口令首先通过“盐”（salt）的扰乱产生准密钥，再将准密钥经过散列函数多次迭代后生成最终加密密钥，密钥生成后，PBE算法再选用对称加密算法对数据进行加密，可以选择DES、3DES、RC5等对称加密算法。

具体实现如下：

Java代码实现：

import java.security.Key;import java.security.SecureRandom;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.SecretKeyFactory;import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;import org.apache.commons.codec.binary.Hex;public class PBE { public static final String src = "pbe test"; public static void main(String[] args) { jdkPBE(); } // 用jdk实现: public static void jdkPBE() { try { // 初始化盐 SecureRandom random = new SecureRandom(); byte[] salt = random.generateSeed(8); // 口令与密钥 String password = "timliu"; PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray()); SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHMD5andDES"); Key key = factory.generateSecret(pbeKeySpec); // 加密 PBEParameterSpec pbeParameterSpac = new PBEParameterSpec(salt, 100); Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWITHMD5andDES"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, pbeParameterSpac); byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes()); System.out.println("jdk pbe encrypt:" + Hex.encodeHexString(result)); // 解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, pbeParameterSpac); result = cipher.doFinal(result); System.out.println("jdk pbe decrypt:" + new String(result)); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }}

应用举例：