加密与安全_三种方式实现基于国密非对称加密算法的加解密和签名验签

文章目录

国际算法

基础概念

加密：将明文转换为密文，以保护数据的机密性。
解密：将密文还原为明文，以便数据可被读取。

常见的加密算法及分类

加密算法主要分为对称加密和非对称加密两大类。

对称加密：- 概念：使用相同的密钥进行加密和解密。- 优点：加密速度快，适合大数据量加密。- 缺点：密钥分发困难，密钥管理复杂。- 常见算法： - AES（高级加密标准）：广泛应用于各类数据加密。- DES（数据加密标准）：已被认为不够安全，逐渐被淘汰。- 3DES（三重数据加密标准）：通过三次加密提高安全性，但速度较慢。
非对称加密：- 概念：使用一对公钥和私钥，其中公钥用于加密，私钥用于解密。- 优点：解决了密钥分发问题，公钥可以公开，而私钥需要保密。- 缺点：加密和解密速度较慢，通常用于加密小数据或密钥交换。- 常见算法： - RSA：基于大素数分解，广泛用于数字签名和密钥交换。- ECC（椭圆曲线密码学）：相对于RSA，提供更高的安全性和效率。

签名和验签

基础概念

数字签名：生成消息摘要并使用私钥对摘要进行加密，确保消息的完整性和发送者的身份。
验签：使用发送者的公钥解密消息摘要，并与接收到的消息计算出的摘要进行比较，验证消息的完整性和发送者的身份。

常见的签名算法

RSA：常用的数字签名算法，基于公钥和私钥对消息摘要进行加密和解密。
DSA（数字签名算法）：专为数字签名设计，使用SHA-1或SHA-2生成消息摘要。
ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）：基于椭圆曲线密码学，提供更高效的签名和验证过程。

应用场景

数据传输安全：SSL/TLS协议通过加密和签名技术确保数据传输的机密性和完整性。
身份验证：数字签名用于验证身份，防止数据被篡改。
电子邮件安全：PGP和S/MIME通过加密和签名保护电子邮件内容。
区块链和加密货币：使用数字签名验证交易的合法性。

国密算法

在这里插入图片描述

国产密码算法（国密算法）是指国家密码局认定的国产商用密码算法，在一般信息化系统开发中主要使用公开的SM2（非对称）、SM3（摘要）、SM4（对称）三类算法。

Base64是一种编码格式，并不属于加密，常用于数据传输、兼容性问题。Base64编码本质上是一种将二进制数据转成文本数据的方案，将一些不适合传输的数据内容进行编码来适合传输。

对称加密（DES/AES⇒SM4）

🔸基本特点：

同一个秘钥进行加密、解密。因此秘钥的保密性就很重要，不能泄漏。
计算量小、效率高。

🔸应用场景：

数据加密存储。
加密通信，如HTTPS、SSL、VPN，会与其他加密算法混合使用。

非对称加密（RSA/ECC⇒SM2）

🔸基本特点：

密钥配对：一个私钥、一个公钥，用私钥加密，用公钥解密。注意每一个密钥对都是独一无二、天生一对的，只能配对的秘钥加密、解密。简单来说，公钥加密的数据，只能配对的私钥才能解密。
安全性高，但计算量大。
基本原理：利用某一数学公式，正向计算容易，反向推理则非常难。

🔸应用场景：

HPPTS、SSH协议，如Git的ssh认证。
HTTPS的安全传输就是混合了非对称加密、对称加密，非对称加密协商会话秘钥，用会话秘钥对称加密传输数据。
敏感数据的加密传输，如客户端登录时传输用户名、密码信息时，采用公钥加密数据，服务端私钥解密。
对数据进行签名、验签，保障数据的完整性，同时验证身份。

散列(摘要/哈希)算法（MD5/SHA⇒SM3）

🔸基本特点：

无需秘钥，“加密”后的数据不可逆。所以这也不算是“加密”，一般称为哈希（Hash）。
任何长度的数据生成的哈希值长度都固定。
相同数据每次生成的哈希值相同，不同的数据则不同。

🔸应用场景：

数据摘要/哈希，验证数据是否被篡改、或数据丢失，保障数据的完整性、不可篡改性。
单向加密保存数据，如密码的保存，密码的存储普遍都是存的哈希值，登录时比较其hash值即可。

🔸彩虹表破解：

由于散列算法的特点（同一数据生成哈希值始终一样），如果存储了大量（海量）字符内容的哈希值，就很容易进行查询破解了，这就是彩虹表，暴力破解也是一样的道理。常用的6位数字密码是相当容易破解的，如CMD5这个网站就利用存储的大量密文字典，反向查询破解。怎么解决呢？

提升散列算法的安全性，常用方法就是加“盐”，核心思想就是在哈希过程中添加一些自定义的内容、规则，仅自己知道，从而避免被字典破解。
最简单的比如在密文中某一位置添加一串随机字符，只有自己知道，使用的时候去掉干扰字符即可。
加盐的具体方式很多，可以自己DIV，常用的一种模式如下图，加盐+双重哈希。 MD5(MD5(password) + salt)
如果加盐的规则被窃取了，对于现代的硬件是挺容易被破解的，只能设置尽量复杂的密码+定期更换了。

📢实际应用中，可能会多种加密算法组合使用。

比如HTTPS的安全数据传输就是同时用了对称加密、非对称加密，用非对称传送（动态）密钥，对称加密传输数据。《HTTP协议图文简述》
对一个数据进行多重加密，以防被破解

Code

方式一使用Bouncy Castle库实现国密SM2算法的加解密和签名验签功能

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.bouncycastle/bcprov-jdk18on --><dependency><groupId>org.bouncycastle</groupId><artifactId>bcprov-jdk18on</artifactId><version>1.78.1</version></dependency>

packagecom.artisan.gmja;importorg.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;importjavax.crypto.Cipher;importjava.security.KeyPair;importjava.security.KeyPairGenerator;importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey;importjava.security.SecureRandom;importjava.security.Security;importjava.security.Signature;importjava.security.spec.ECGenParameterSpec;importjava.util.Base64;/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @mark: show me the code , change the world
 */publicclassSm2Example{/**
     * 静态初始化块，在类加载时执行。用于向Java安全提供者列表中添加Bouncy Castle提供者。
     *
     * Bouncy Castle提供者是一个著名的加密库，添加它是为了支持更多的加密算法和操作。
     * 这种做法通常用于需要加强加密能力的场景，比如数字签名、加密解密等操作。
     *
     * 选择在静态初始化块中添加提供者，是因为它在类加载时只执行一次，确保了提供者的添加是全局的和一次性的。
     * 这样做可以避免在每次使用加密操作时重复添加提供者，提高了代码的效率和可维护性。
     */static{Security.addProvider(newBouncyCastleProvider());}/**
     * 生成SM2密钥对。
     *
     * @return KeyPair 生成的密钥对，包括公钥和私钥。
     * @throws Exception 如果密钥对生成过程中发生错误，将抛出异常。
     */// 生成密钥对publicstaticKeyPairgenerateKeyPair()throwsException{// 实例化KeyPairGenerator对象，并指定算法为EC(椭圆曲线)，提供者为BC(Bouncy Castle)KeyPairGenerator kpg =KeyPairGenerator.getInstance("EC","BC");// 设置椭圆曲线参数为sm2p256v1，这是SM2算法所使用的特定椭圆曲线ECGenParameterSpec ecSpec =newECGenParameterSpec("sm2p256v1");// 初始化KeyPairGenerator对象，使用随机数生成器以增加密钥的随机性
        kpg.initialize(ecSpec,newSecureRandom());// 生成密钥对，并返回return kpg.generateKeyPair();}/**
     * 使用SM2算法和公钥对数据进行加密。
     *
     * @param publicKey 公钥，用于加密数据。公钥是密钥对的一部分，用于加密操作，而私钥用于解密。
     * @param data      待加密的原始明文数据。
     * @return 加密后的数据以字节数组形式返回。
     * @throws Exception 如果加密过程中发生错误，将抛出异常。
     */// 加密publicstaticbyte[]encrypt(PublicKey publicKey,byte[] data)throwsException{// 实例化Cipher对象，并指定使用SM2算法和BC提供者。Cipher cipher =Cipher.getInstance("SM2","BC");// 初始化Cipher对象为加密模式，使用给定的公钥。
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);// 执行加密操作，返回加密后的数据。return cipher.doFinal(data);}/**
     * 使用SM2算法和私钥对加密数据进行解密。
     *
     * @param privateKey    解密所需的私钥。私钥是加密过程中使用的公钥的对应部分，
     *                      只有持有相应私钥的个体才能解密由公钥加密的数据。
     * @param encryptedData 待解密的加密数据。这些数据是由SM2算法和相应的公钥加密得到的。
     * @return 返回解密后的原始数据。这些数据在加密前是明文状态，通过解密操作恢复成原始形态。
     * @throws Exception 如果解密过程中发生错误，例如私钥无效或加密数据格式不正确，将抛出异常。
     */// 解密publicstaticbyte[]decrypt(PrivateKey privateKey,byte[] encryptedData)throwsException{// 实例化Cipher对象，用于执行解密操作。Cipher是Java加密/解密的核心类。Cipher cipher =Cipher.getInstance("SM2","BC");// 初始化Cipher对象为解密模式，使用提供的私钥。
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);// 执行解密操作，返回解密后的数据。return cipher.doFinal(encryptedData);}/**
     * 使用SM2算法和私钥对数据进行数字签名。
     *
     * @param privateKey 私钥，用于生成数字签名。私钥必须与用于验证签名的公钥匹配。
     * @param data       待签名的数据，通常为原始消息或消息的哈希值。
     * @return 返回使用SM2算法和私钥对数据签名后的字节数组。
     * @throws Exception 如果签名过程中发生错误，将抛出异常。
     */// 签名publicstaticbyte[]sign(PrivateKey privateKey,byte[] data)throwsException{// 初始化签名对象，指定使用SM3withSM2算法和BC提供者。Signature signature =Signature.getInstance("SM3withSM2","BC");// 使用私钥初始化签名对象，准备进行签名操作。
        signature.initSign(privateKey);// 更新签名对象，将待签名的数据加载到签名算法中。
        signature.update(data);// 执行签名操作，生成数字签名。return signature.sign();}/**
     * 使用SM2算法和SM3哈希函数验证数据的数字签名。
     * 此函数用于确认给定的数据是否是由对应的私钥进行签名的，通过公钥进行验证。
     *
     * @param publicKey      公钥，用于验证签名。
     * @param data           原始数据，被签名的数据。
     * @param signatureBytes 数字签名，用于验证数据的真实性和完整性。
     * @return boolean，如果签名验证成功，则返回true；否则返回false。
     * @throws Exception 如果在签名验证过程中发生错误，则抛出异常。
     */// 验签publicstaticbooleanverify(PublicKey publicKey,byte[] data,byte[] signatureBytes)throwsException{// 实例化签名对象，指定使用SM2算法和SM3哈希函数。Signature signature =Signature.getInstance("SM3withSM2","BC");// 初始化签名对象为验证模式，使用提供的公钥。
        signature.initVerify(publicKey);// 更新签名对象，将待验证的数据输入。
        signature.update(data);// 执行签名验证，返回验证结果。return signature.verify(signatureBytes);}/**
     * 主函数，用于演示SM2加密算法的使用。
     * 生成SM2密钥对，并进行加密、解密以及签名、验签操作。
     *
     * @param args 命令行参数
     * @throws Exception 如果密钥生成或加解密过程中发生错误
     */publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{// 生成SM2密钥对// 生成密钥对KeyPair keyPair =generateKeyPair();// 获取公钥，并将其转换为Base64编码PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();String publicKeyBase64 =Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded());// 输出公钥System.out.println("公钥(Base64): "+ publicKeyBase64);// 获取私钥，并将其转换为Base64编码PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();String privateKeyBase64 =Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded());// 输出私钥System.out.println("私钥(Base64): "+ privateKeyBase64);// 准备待加密的明文String plaintext ="I'm Artisan ; 加密算法主要分为对称加密和非对称加密两大类";// 使用公钥加密明文byte[] encryptedData =encrypt(publicKey, plaintext.getBytes());// 使用私钥解密密文byte[] decryptedData =decrypt(privateKey, encryptedData);// 输出明文和解密后的明文System.out.println("原文: "+ plaintext);System.out.println("解密后: "+newString(decryptedData));// 将加密后的数据转换为Base64编码，方便展示和传输// 加密数据转Base64字符串String encodedData =Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);// 从Base64编码还原回加密数据，用于解密// 需要时，从Base64字符串还原回字节数组进行解密byte[] decodedData =Base64.getDecoder().decode(encodedData);// 输出密文（Base64编码）System.out.println("密文: "+ encodedData);// 使用私钥对明文进行签名byte[] signature =sign(privateKey, plaintext.getBytes());// 使用公钥验证签名的合法性boolean isVerified =verify(publicKey, plaintext.getBytes(), signature);// 输出签名验证结果System.out.println("签名验证结果: "+ isVerified);}}

代码演示了如何使用Bouncy Castle库实现国密SM2算法的加解密和签名验签功能。具体流程如下：

生成SM2密钥对。
使用公钥加密数据，私钥解密数据。
使用私钥对数据签名，公钥验证签名。
输出相关的密钥、密文、解密结果和签名验证结果。

在这里插入图片描述

方式二基于Kona库从证书里读取公钥进行加解密和签名验签

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.tencent.kona/kona-crypto --><dependency><groupId>com.tencent.kona</groupId><artifactId>kona-crypto</artifactId><version>1.0.12</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.tencent.kona/kona-pkix --><dependency><groupId>com.tencent.kona</groupId><artifactId>kona-pkix</artifactId><version>1.0.12</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.tencent.kona/kona-provider --><dependency><groupId>com.tencent.kona</groupId><artifactId>kona-provider</artifactId><version>1.0.12</version></dependency><!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.tencent.kona/kona-ssl --><dependency><groupId>com.tencent.kona</groupId><artifactId>kona-ssl</artifactId><version>1.0.12</version></dependency>

packagecom.artisan.kona;importcom.tencent.kona.crypto.CryptoInsts;importcom.tencent.kona.crypto.KonaCryptoProvider;importcom.tencent.kona.pkix.KonaPKIXProvider;importcom.tencent.kona.pkix.PKIXInsts;importcom.tencent.kona.ssl.KonaSSLProvider;importcom.tencent.kona.sun.security.x509.SMCertificate;importjavax.crypto.Cipher;importjava.io.ByteArrayInputStream;importjava.nio.charset.StandardCharsets;importjava.security.KeyFactory;importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey;importjava.security.Security;importjava.security.Signature;importjava.security.cert.CertificateFactory;importjava.security.cert.X509Certificate;importjava.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;importjava.util.Base64;/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @mark: show me the code , change the world
 */publicclassGmEnDeUtil{/**
     * 私钥字符串
     */privatestaticString privateKey ="MIGHAgEA省略省略省略-----ODxilTt74";/**
     * 公钥证书字符串
     */privatestaticString publicPEM ="-----BEGIN CERTIFICATE-----\n"+"MII省略省略省略-----d/s8iNVcYJ1\n"+"-----END CERTIFICATE-----\n";/**
     * 使用EC（椭圆曲线）加密算法进行加解密和数字签名的操作。
     * 包括了私钥的解码和生成、公钥证书的加载、数据的签名和验证、以及数据的加密和解密。
     *
     * @param args 命令行参数
     * @throws Exception 如果操作过程中发生错误
     */publicstaticvoidmain(String[] args)throwsException{// 注册加密、PKIX和SSL提供者，这些提供者为Java加密系统提供了额外的功能和支持。Security.addProvider(newKonaCryptoProvider());Security.addProvider(newKonaPKIXProvider());Security.addProvider(newKonaSSLProvider());// 解码私钥并生成私钥对象，用于后续的签名操作。byte[] privateKeyBytes =Base64.getDecoder().decode(privateKey);PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec =newPKCS8EncodedKeySpec(privateKeyBytes);KeyFactory keyFactory =CryptoInsts.getKeyFactory("EC");PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);// 输出私钥的算法和格式信息。System.out.println("私钥算法"+ privateKey.getAlgorithm());System.out.println("私钥格式"+privateKey.getFormat());// 对字符串进行签名，证明数据的完整性和来源。String message ="I‘ artisan ,这是基于Tencent的Kona库实现的签名验签";// 私钥签名String sign =sign(message, privateKey);System.out.println("签名："+ sign);// 加载公钥证书，用于验证签名和加密数据。// 加载公钥证书X509Certificate certificate =loadCert(publicPEM,"9876543210");System.out.println("证书主题："+ certificate.getSubjectX500Principal().getName());PublicKey publicKey = certificate.getPublicKey();// 验证签名的有效性。System.out.println("验证结果："+verify(message, publicKey, sign));// 使用公钥加密字符串。// 加密和解密字符串 (公钥加密，私钥解密)String encryptedString =encrypt(message, publicKey);System.out.println("加密字符串："+ encryptedString);// 使用私钥解密字符串。String decryptedString =decrypt(encryptedString, privateKey);System.out.println("解密字符串："+ decryptedString);}/**
     * 从PEM格式的字符串加载X.509证书。
     *
     * @param certPEM 证书的PEM格式字符串。
     * @param id      证书的唯一标识符，可选。
     * @return 加载成功的X.509证书。
     * @throws Exception 如果加载过程中发生错误。
     */privatestaticX509CertificateloadCert(String certPEM,String id)throwsException{// 创建X.509证书工厂CertificateFactory certFactory =PKIXInsts.getCertificateFactory("X.509");// 从PEM格式的字符串生成证书对象X509Certificate x509Cert =(X509Certificate) certFactory.generateCertificate(newByteArrayInputStream(certPEM.getBytes()));// 如果提供了ID，并且ID不为空，则为证书设置IDif(id !=null&&!id.isEmpty()){// 这里假设SMCertificate是X509Certificate的一个子类，且提供了setId方法((SMCertificate) x509Cert).setId(id.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));}// 返回加载成功的证书return x509Cert;}/**
     * 使用SM2私钥对给定字符串进行数字签名。
     * <p>
     * 数字签名用于验证消息的完整性和发送者的身份。此方法使用SM2加密算法，
     * 基于给定的私钥对字符串进行签名，以确保数据在传输过程中的安全性和真实性。
     *
     * @param str        待签名的字符串。
     * @param privateKey 用于签名的私钥。
     * @return 返回经过SM2签名算法处理后的签名字符串，使用Base64编码。
     * @throws Exception 如果签名过程中发生错误，则抛出异常。
     */privatestaticStringsign(String str,PrivateKey privateKey)throwsException{// 获取SM2签名实例Signature signature =CryptoInsts.getSignature("SM2");// 初始化签名过程，使用提供的私钥
        signature.initSign(privateKey);// 更新待签名的数据
        signature.update(str.getBytes());// 执行签名操作，并将结果编码为Base64字符串返回returnBase64.getEncoder().encodeToString(signature.sign());}/**
     * 使用SM2公钥验证数据的签名是否有效。
     *
     * @param str       待验证签名的数据。
     * @param publicKey 用于验证签名的公钥。
     * @param sign      待验证的签名字符串。
     * @return 如果签名验证通过，则返回true；否则返回false。
     * @throws Exception 如果加密操作失败，抛出异常。
     */privatestaticbooleanverify(String str,PublicKey publicKey,String sign)throwsException{// 获取SM2签名实例Signature signature =CryptoInsts.getSignature("SM2");// 初始化签名验证器
        signature.initVerify(publicKey);// 更新待验证数据
        signature.update(str.getBytes());// 验证签名，返回验证结果return signature.verify(Base64.getDecoder().decode(sign));}/**
     * 使用SM2公钥对字符串进行加密。
     * <p>
     * SM2是一种基于椭圆曲线密码学的加密算法，适用于我国的加密技术标准。
     * 本方法通过获取SM2加密实例，使用给定的公钥将原始字符串加密为密文。
     * 加密后的密文通过Base64编码转换为字符串形式返回，便于存储或传输。
     *
     * @param str       待加密的原始字符串。
     * @param publicKey 用于加密的SM2公钥。
     * @return 加密后的密文，以Base64编码的字符串形式表示。
     * @throws Exception 如果加密过程中发生错误，将抛出异常。
     */privatestaticStringencrypt(String str,PublicKey publicKey)throwsException{// 获取SM2加密实例Cipher cipher =CryptoInsts.getCipher("SM2");// 初始化加密器，设置为加密模式，并使用给定的公钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);// 执行加密操作，将原始字符串转换为加密后的字节数组byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(str.getBytes());// 将加密后的字节数组通过Base64编码转换为字符串形式返回returnBase64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);}/**
     * 使用SM2私钥解密字符串。
     * <p>
     * SM2是一种国密算法，适用于数据解密。本方法接收一个经Base64编码的加密字符串和对应的私钥，
     * 通过SM2算法解密后返回原始字符串。
     *
     * @param str        经Base64编码且使用SM2算法加密的字符串。
     * @param privateKey 解密所需的SM2私钥。
     * @return 解密后的原始字符串。
     * @throws Exception 如果解密过程中发生错误，则抛出异常。
     */// 使用私钥解密字符串privatestaticStringdecrypt(String str,PrivateKey privateKey)throwsException{// 获取SM2加密算法的Cipher实例Cipher cipher =CryptoInsts.getCipher("SM2");// 初始化Cipher为解密模式，使用提供的私钥
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);// 解密Base64编码的字符串，得到原始字节数组byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(str));// 将解密后的字节数组转换为字符串并返回returnnewString(decryptedBytes);}}

在这里插入图片描述

方式三使用基于Bouncy Castle库封装的gm-java库

https://gitee.com/RuanKongkong/gm-java

密码算法

对称密码算法 SM4（ECB/CBC/CTR/GCM）
非对称密码算法 SM2（加解密/签名验签）
Hash算法 SM3
基于SM3实现的随机数生成器（多线程加速）

证书

证书解析以及证书SHA1指纹计算
SM2证书生成

密钥协商

模拟TLS握手协议，通信双方协商会话密钥

实现

<dependency><groupId>io.github.KongkongRuan</groupId><artifactId>gm-java</artifactId><version>1.0.3</version></dependency>

在这里插入图片描述

packagecom.artisan.gmja;importcom.yxj.gm.SM2.Cipher.SM2Cipher;importcom.yxj.gm.SM2.Key.SM2KeyPairGenerate;importcom.yxj.gm.SM2.Signature.SM2Signature;importcom.yxj.gm.SM3.SM3Digest;importcom.yxj.gm.SM4.SM4Cipher;importcom.yxj.gm.SM4.dto.AEADExecution;importcom.yxj.gm.enums.ModeEnum;importcom.yxj.gm.random.Random;importorg.bouncycastle.util.encoders.Hex;importjava.security.KeyPair;importjava.security.SecureRandom;/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @mark: show me the code , change the world
 */publicclassGmJavaExample{/**
     * 主函数，用于演示各种密码学算法的使用，包括SM2加解密、签名验签、SM3摘要计算、SM4加解密。
     * @param args 命令行参数
     */publicstaticvoidmain(String[] args){// 定义测试消息String msg ="I'm artisan , 使用基于Bouncy Castle库封装的gm-java库";// 生成SM2密钥对KeyPair keyPair =SM2KeyPairGenerate.generateSM2KeyPair();// 使用SM2密钥对进行加密和解密SM2Cipher sm2Cipher =newSM2Cipher();byte[] encrypted =sm2Cipher.SM2CipherEncrypt(msg.getBytes(), keyPair.getPublic().getEncoded());byte[] decrypted =sm2Cipher.SM2CipherDecrypt(encrypted, keyPair.getPrivate().getEncoded());// 输出解密结果System.out.println("SM2解密结果："+newString(decrypted));// 使用SM2密钥对进行签名和验证SM2Signature signature =newSM2Signature();byte[] signatureBytes = signature.signature(msg.getBytes(),null, keyPair.getPrivate().getEncoded());boolean verificationResult = signature.verify(msg.getBytes(),null, signatureBytes, keyPair.getPublic().getEncoded());// 输出验签结果System.out.println("SM2验签结果："+ verificationResult);// SM3摘要计算示例SM3Digest sm3Digest =newSM3Digest();
        sm3Digest.update(msg.getBytes());byte[] digest1 = sm3Digest.doFinal();byte[] digest2 = sm3Digest.doFinal(msg.getBytes());
        sm3Digest.update("gm-java-".getBytes());
        sm3Digest.update("1.0".getBytes());byte[] digest3 = sm3Digest.doFinal();// 输出摘要的十六进制表示System.out.println(Hex.toHexString(digest1));System.out.println(Hex.toHexString(digest2));System.out.println(Hex.toHexString(digest3));// 通过SM3算法生成随机数byte[] random =Random.RandomBySM3(16);System.out.println(Hex.toHexString(random));// SM4加解密示例，包括ECB、CBC、CTR和GCM模式SecureRandom secureRandom =newSecureRandom();byte[] key =newbyte[16];byte[] iv =newbyte[16];
        secureRandom.nextBytes(key);
        secureRandom.nextBytes(iv);// ECB模式SM4Cipher sm4CipherECB =newSM4Cipher(ModeEnum.ECB);byte[] encryptedECB = sm4CipherECB.cipherEncrypt(key, msg.getBytes(),null);byte[] decryptedECB = sm4CipherECB.cipherDecrypt(key, encryptedECB, iv);System.out.println("ECB明文："+newString(decryptedECB));// CBC模式SM4Cipher sm4CipherCBC =newSM4Cipher(ModeEnum.CBC);byte[] encryptedCBC = sm4CipherCBC.cipherEncrypt(key, msg.getBytes(), iv);byte[] decryptedCBC = sm4CipherCBC.cipherDecrypt(key, encryptedCBC, iv);System.out.println("CBC明文："+newString(decryptedCBC));// CTR模式SM4Cipher sm4CipherCTR =newSM4Cipher(ModeEnum.CTR);byte[] encryptedCTR = sm4CipherCTR.cipherEncrypt(key, msg.getBytes(), iv);byte[] decryptedCTR = sm4CipherCTR.cipherDecrypt(key, encryptedCTR, iv);System.out.println("CTR明文："+newString(decryptedCTR));// GCM模式SM4Cipher sm4_gcm =newSM4Cipher();AEADExecution aeadExecution = sm4_gcm.cipherEncryptGCM(key, msg.getBytes(),newbyte[12],"aad".getBytes(),16);System.out.println("GCM密文："+Hex.toHexString(aeadExecution.getCipherText()));System.out.println("GCMtag："+Hex.toHexString(aeadExecution.getTag()));byte[] decryptedGCM = sm4_gcm.cipherDecryptGCM(key, aeadExecution.getCipherText(),newbyte[12],"aad".getBytes(), aeadExecution.getTag());System.out.println("GCM明文："+newString(decryptedGCM));}}

输出如下：

SM2解密结果：I'm artisan , 使用基于BouncyCastle库封装的gm-java库
SM2验签结果：true080239d4f27412428a25c1f86d2523e4e9c6ed1d9b94e579632d77bc6d44794f
080239d4f27412428a25c1f86d2523e4e9c6ed1d9b94e579632d77bc6d44794f
cc7e992374984c82ab13f3f117d52849970628d16acf4cc1d9c137953e23a418
c963dee9f6945ec7c0a42379a576dabe
ECB明文：I'm artisan , 使用基于BouncyCastle库封装的gm-java库
CBC明文：I'm artisan , 使用基于BouncyCastle库封装的gm-java库
CTR明文：I'm artisan , 使用基于BouncyCastle库封装的gm-java库
GCM密文：742d77292544e52da4c8f098dd5bd93b3bf8e9fd93a99bba1f0ab61a438074a9389ba6484664bb7dc899592e849b4c5cc2b3db0d9590e0e45b91fad85b
GCMtag：aac12ba04924fef14eaa0e896a346a45
GCM明文：I'm artisan , 使用基于BouncyCastle库封装的gm-java库

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标签：安全 java 国密

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加密与安全_三种方式实现基于国密非对称加密算法的加解密和签名验签

文章目录

国际算法

基础概念

常见的加密算法及分类

签名和验签

基础概念

常见的签名算法

应用场景

国密算法

对称加密（DES/AES⇒SM4）

非对称加密（RSA/ECC⇒SM2）

散列(摘要/哈希)算法（MD5/SHA⇒SM3）

Code

方式一使用Bouncy Castle库实现国密SM2算法的加解密和签名验签功能

方式二基于Kona库从证书里读取公钥进行加解密和签名验签

方式三使用基于Bouncy Castle库封装的gm-java库

密码算法

证书

密钥协商

实现

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散列(摘要/哈希)算法（MD5/SHA⇒SM3）

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方式二 基于Kona库从证书里读取公钥进行加解密和签名验签

方式三 使用基于Bouncy Castle库封装的gm-java库

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