Java安全——AES（对称加密）和 RSA（非对称加密）的实现

一、对称加密和非对称加密

1.对称加密

对称加密使用相同的密钥进行加密和解密。这意味着发送方和接收方必须共享同一个密钥，并且必须安全地存储和传输该密钥。

常见算法

• AES（高级加密标准）
• DES（数据加密标准）
• 3DES（三重数据加密标准）
• RC4

2.非对称加密

非对称加密使用一对密钥：公钥和私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密。公钥可以公开，而私钥必须保密。

常见算法

• RSA（Rivest-Shamir-Adleman）
• DSA（数字签名算法）
• ECC（椭圆曲线加密）

3.对称加密和非对称加密的对比

特性对称加密非对称加密密钥数量只有一个密钥（加密和解密相同）一对密钥（公钥和私钥）加密速度较快较慢安全性密钥管理复杂，密钥泄露风险高公钥可以公开，私钥保密确保安全适用场景大量数据加密密钥交换、身份验证、数字签名

二、AES（对称加密）

1.生成AES密钥

• 使用KeyGenerator类生成AES密钥。
• 指定密钥长度，例如128位、192位或256位。

// 生成密钥 
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGenerator.init(128); // 128位密钥长度（可选128，192或256位）
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();

2.加密数据

• 使用Cipher类并指定AES算法。
• 初始化Cipher对象为加密模式（Cipher.ENCRYPT_MODE）。
• 使用密钥初始化Cipher对象。
• 加密数据

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(dataToEncrypt.getBytes());

// 编码加密数据：将加密后的字节数据编码为Base64字符串，以便存储或传输
String encryptedDataBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
System.out.println("加密后的数据 (经Base64编码): " + encryptedDataBase64);

3.解密数据

• 使用相同的Cipher对象进行解密。
• 初始化Cipher对象为解密模式（Cipher.DECRYPT_MODE）。
• 使用相同的密钥初始化Cipher对象。

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] decryptedData = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedDataBase64));
System.out.println("解密后的数据：" + new String(decryptedData));

完整代码

package com.lz.encryption;

import javax.crypto.*;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;

public class SymmetricEncryption {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
        // 对字符串数据进行加密
        // 待加密的数据
        String dataToEncrypt = "Hello World";

        // 1.生成密钥：
        //  使用KeyGenerator类生成一个AES密钥
        //  指定密钥长度，例如128位、192位或256位
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
        keyGenerator.init(128); // 128位密钥长度（可选128，192或256位）
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();

        // 2.加密数据
        //  初始化Cipher对象：
        //      使用Cipher类并指定AES算法
        //      初始化Cipher对象为加密模式（Cipher.ENCRYPT_MODE）。
        //      使用密钥初始化Cipher对象。
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] encryptedData = cipher.doFinal(dataToEncrypt.getBytes());

        // 编码加密数据：将加密后的字节数据编码为Base64字符串，以便存储或传输
        String encryptedDataBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
        System.out.println("加密后的数据 (经Base64编码): " + encryptedDataBase64);

        // 3.解密数据：
        //  使用相同的Cipher对象进行解密。
        //  初始化Cipher对象为解密模式（Cipher.DECRYPT_MODE）。
        //  使用相同的密钥初始化Cipher对象。
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] decryptedData = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedDataBase64));
        System.out.println("解密后的数据：" + new String(decryptedData));
    }
}

三、RSA（非对称加密）

1.生成RSA密钥对

• 使用KeyPairGenerator类生成RSA密钥对。
• 指定密钥长度，例如2048位、3072位或4096位。

// 生成RSA密钥对
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048); 
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 公钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
// 私钥
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

2.加密数据

• 使用公钥初始化Cipher对象为加密模式（Cipher.ENCRYPT_MODE）。
• 使用公钥加密数据。

// 公钥加密数据
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(dataToEncrypt.getBytes());

// 将加密数据编码为Base64字符串
String encryptedDataBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
System.out.println("加密后的数据 (经Base64编码): " + encryptedDataBase64);

3.解密数据

• 使用私钥初始化Cipher对象为解密模式（Cipher.DECRYPT_MODE）。
• 使用私钥解密数据。

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] decryptedData = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedDataBase64));

完整代码

package com.lz.encryption;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import java.security.*;
import java.util.Base64;

public class RasEncryption {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
        // 待加密的数据
        String dataToEncrypt = "Hello World";

        // 1.生成RSA密钥对
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGenerator.initialize(2048); // 2048位密钥长度
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        //私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();

        // 公钥加密数据
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(dataToEncrypt.getBytes());

        // 将加密数据编码为Base64字符串
        String encryptedDataBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        System.out.println("加密后的数据 (经Base64编码): " + encryptedDataBase64);

        // 私钥解密数据
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
        byte[] decryptedData = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedDataBase64));

        // 将解密后的字节数据转换为字符串
        System.out.println("解密后的数据：" + new String(decryptedData));
    }
}