java中的对称加密算法
对数据的加密算是一个老生常谈的话题了，加密的方式很多，java也为这些加密算法提供了支持。今天就来聊聊对称加密算法的java实现方式。本文对加密算法不了解也没关系，我会从0开始讲解，保证小白也能看懂。
一、引言
这段时间在写论文，所以题目就叫做引言吧，在开始对对称加密算法真正认识之前，我们先看另外一块知识。相信我们都学过计算机中的一种位运算，叫做与或非（高中的时候就讲过，不知道的就回去补补）。下面这种运算叫做异或运算，是与或非运算的变形：
0 XOR 0 = 0
0 XOR 1 = 1
1 XOR 0 = 1
1 XOR 1 = 0
从上面的结果我们可以看到，两个数相同就返回为0，不相同就是为1；从这个运算规则中我们还可以得到很多规律，其中有一条很重要的交换律，就是我们对称加密算法的核心。
a ⊕ b ⊕ c = a ⊕ (b ⊕ c) = (a ⊕ b) ⊕ c
变形：
a ⊕ b ⊕ b = a ⊕ (b ⊕ b) = a ⊕ 0 = a
/*
假设
a是原文（要加密的数据）
b是秘钥
结果：
第一次使用b加密 a==> a ⊕ b
第二次使用b解密 a ⊕ b ⊕ b ==>a
*/
从上面我们可以看到了，通过b加密，然后再通过b解密就可以拿到源数据a了。这就是对称加密的思想核心。
不过到这我们可以会发现一个问题，秘钥b是非常核心重要的一个数据，如果我们的b泄露了，那么我们的数据a也就被泄漏了。
OK。到了这我们的算是稍微明白一点对称加密的意思了。下面我们就开始正式的认识一下对称加密。
二、对称加密基础
为了对上面的过程理解方便，我们使用一个案例来进行展示，比如说我们要对数据homework进行加密解密。
首先是加密
然后是解密
对照这两个相反的过程，数据是一一对应的。这种方式其实叫做：一次性加密本，现在你应该明白对称加密是个啥玩意了吧。这种加密算法看起来很简单，那么在实际当中一定广泛使用吧，真实情况确实没有人用，我们来分析一下这种方式的缺点：
（1）秘钥传输过程中很容易被截获
（2）原文很长时，秘钥也很长
（3）保存秘钥很困难
（4）秘钥的正确定无法保证：也就是说秘钥错一位，基本上整个秘钥报废了。
鉴于有这些缺点，因此出现很多其他对称加密的算法。
三、对称加密算法
基于对称加密机制的算法有很多，比如说DES、3DES、AES、PBE。我们一个一个先来认识一下，不会涉及到底层太多，对每一种算法的实现，我会花费专门的文章进行讲解分析。
1、DES
DES 是一种把 64 位明文加密成 64 位密文的对称加密算法。它的密钥长度为 64 比特，但是每 7 个二进制位会设置一个用于错误检测的位，实际上密钥长度就剩下了 56 比特。DES 只能一次性加密 64 位明文，如果明文超过了 64 位，就要进行分组加密。
上面的过程是加密，解密过程反过来就能明白，这种方式有很大的缺点，不管是加密还是解密，都有很大的不安全性。一般不会使用。
2、3DES
这种方式就是为了避免DES的缺点，既然DES加密一次会不安全，那就多加几个步骤，这里加密解密再加密三次就叫做三重DES。DES 密钥长度为 56 位，所以 3DES 密钥长度为 56 * 3 = 168 位。
注意：这里可不是对DES执行了三次加密解密的操作，而是加密-解密-加密。
上面的流程同样是只给出了加密的过程，当然对于解密的过程也很简单，反过来解密-加密-解密。3DES 是对DES的一个升级，但是由于速度不高，因此也在淘汰。
3、AES
AES算是一种比较常见的加密算法了，AES为分组密码，也就是把明文分成一组一组的、长度相等、每组16个字节的数据，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位。但是密钥的长度可以使用128位、192位或256位。
这里你可能有个疑问，在文章一开始不是说了嘛。对称加密机制我们的数据明文128位，那么秘钥要一一对应，应该也是128位呀？其实AES实施的多次加密，密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同。
内部细节没有给出。
4、PBE
PBE是一种基于口令的加密算法，其特点在于口令是由用户自己掌握的，采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。没有密钥的概念，密钥在其它对称加密算法中是经过算法计算得出来的，PBE算法则是使用口令替代了密钥。
这就是加密的整个流程。很简单的一个流程。
以上我们对这四种常见的对称加密算法进行一个认识和简单的介绍，下面我们就开始使用java代码来实现一波。
四、代码实现
在正式的代码编写之前，我们先要认识一下工具类，它是把byte转换为16进制String。也就是说把加密之后的数据转变成16进制String。
public static String byteArrayToHexStr(byte[] byteArray) {
if (byteArray == null){
return null;
}
char[] hexArray = "0123456789ABCDEF".toCharArray();
char[] hexChars = new char[byteArray.length * 2];
for (int j = 0; j < byteArray.length; j++) {
int v = byteArray[j] & 0xFF;
hexChars[j * 2] = hexArray[v >>> 4];
hexChars[j * 2 + 1] = hexArray[v & 0x0F];
}
return new String(hexChars);
}
1、DES算法实现
public static void DES(){
try {
//第一步： 生成KEY
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
keyGenerator.init(56);//56位
//第二步： 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//第三步： 获取密钥
byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
//第四步：KEY转换
DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey);
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec);
//第五步： 加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey);
byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
System.out.println("加密之后的秘文:" + byteArrayToHexStr(result));
//第六步： 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey);
result = cipher.doFinal(result);
System.out.println("解密之后的明文:" + new String(result));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
2、3DES算法实现
public static void 3DES(){
try {
//第一步： 生成KEY
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede");
//第二步： 必须长度是：112或168
keyGenerator.init(168);
//第三步： 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//第四步： 获取密钥
byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
//第五步：KEY转换
DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey);
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
Key convertSecretKey = factory.generateSecret(desKeySpec);
//第六步： 加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecretKey);
byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
System.out.println("加密之后的秘文:" + byteArrayToHexStr(result));
//第七步： 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecretKey);
result = cipher.doFinal(result);
System.out.println("解密之后的明文:" + new String(result));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
3、AES算法实现
public static void AES(){
try {
//第一步： 生成KEY
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGenerator.init(128);
//第二步： 产生密钥
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
//第三步： 获取密钥
byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();
//第四步：KEY转换
Key key = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
//第五步： 加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
System.out.println("加密之后的秘文:" + byteArrayToHexStr(result));
//第六步： 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
result = cipher.doFinal(result);
System.out.println("解密之后的明文:" + new String(result));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
4、PBE算法实现
public static void PBE(){
try {
//第一步： 初始化盐
SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] salt = random.generateSeed(8);
//第二步： 口令与密钥
String password = "timliu";
PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHMD5andDES");
Key key = factory.generateSecret(pbeKeySpec);
//第三步： 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("加密之后的秘文:" + byteArrayToHexStr(result));
//第四步： 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, pbeParameterSpac);
result = cipher.doFinal(result);
System.out.println("解密之后的明文:" + new String(result));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
OK。代码实现基本上都是套路，每一种看代码相信都能看懂。对于安全这块的知识真的是太多了，因此我也是主要学习和java相关的一些安全的知识点，如有问题还请指正。
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