最近，项目中做了一些安全性要求的整改。而加密是使用过程中常用的手段之一。这里简单的整理下，希望对小伙伴有帮助。
使用场景
加密是一种将原始信息（明文）转换成难以被直接理解的形式（密文）的过程，
其主要目的是为了保护信息的安全和隐私。主要应用于以下场景：
- 数据保密：防止未经授权的个人身份信息和敏感数据。保护个人隐私、商业机密和国家机密。如：公司内部文件、云存储信息防截获。
- 数据完整性：确保数据在传输或存储过程中未被篡改。如：软件下载、银行转账等。
- 身份验证：验证通信双方的身份，确保数据是从一个可信的来源发送的，并且在整个传输过程中没有被拦截或篡改。如：用户登录、电子邮件认证等。
- 数据访问控制：加密可以限制对数据的访问，只有拥有正确密钥的用户才能解密和访问数据。如：企业VPN等。
- 网络安全：在互联网上传输数据时，加密可以防止中间人攻击和其他网络攻击，确保数据在网络中的传输安全。如：SSL/TLS协议等。
- 金融交易安全：在电子商务和在线银行中，加密用于保护交易数据，防止信用卡欺诈和其他金融犯罪。如：在线支付（金融机构提供的RSA签名和证书）等。
常用加密算法
1.MD5 加密
(1) 适用场景
MD5 作为一种广泛使用的哈希函数，主要用于以下场景：
- 数据完整性校验：验证文件传输过程中是否被篡改。
- 数字签名：确保信息传输的完整性和来源的真实性。
- 密码存储：在数据库中存储用户密码的哈希值，而非明文。
(2) 功能特性
- 长度固定：无论输入长度如何，输出都是128位（16字节）的哈希值。
- 快速计算：MD5 算法计算速度快，适用于大量数据的哈希处理。
- 不可逆性：MD5 加密是不可逆的，因此通常只有加密过程，而没有解密过程
(3) 原理及流程图
MD5 算法将输入的消息经过填充、分段、循环处理等步骤，最终生成一个128位的哈希值。
用字符串"Hello"的加密过程说明 MD5 算法的基本处理流程：
1. 原始输入（明文）
|
|（转换为二进制）
V
2. 二进制数据 "Hello"
|
|（填充到512位的倍数）
V
3. 填充后的二进制数据
|
|（添加原始长度的64位表示）
V
4. 长度附加后的二进制数据
|
|（分割成512位的消息块）
V
5. 消息块1 ... 消息块n
|
|（每块512位，共16个32位字）
V
6. 初始MD5值（ABCD）
|
|（通过主循环处理每个块）
V
7. 主循环（每块16步）
|_________|_________|
| | |
V V V
8. 经过F, G, H, I函数的32位字
|_________|_________|
| | |
V V V
9. 更新后的MD5值
|
V
10. 最终MD5散列值（128位）(4) 代码实现
使用 Java 实现 MD5 加密的示例代码：
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class MD5Example {
//用于将字节数组转换为十六进制表示的字符串
public static String toHexString(byte[] bytes) {
StringBuilder hexString = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
if (hex.length() == 1) {
hexString.append('0');
}
hexString.append(hex);
}
return hexString.toString();
}
public static String getMD5(String input) {
try {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] messageDigest = md.digest(input.getBytes());
return toHexString(messageDigest);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
public static void main(String[] args) {
String password = "Hello, World!";
//输出结果：65a8e27d8879283831b664bd8b7f0ad4
System.out.println("MD5 Hash: " + getMD5(password));
}
}(5) 注意事项
- MD5 算法已经不再被认为是安全的，因此不推荐用于需要高安全性的加密场景。
- MD5 算法的输出可以作为数据完整性校验，但不应用于加密和解密操作。
2.AES 加密
(1) 适用场景
AES（高级加密标准）是一种广泛使用的对称加密算法，适用于以下场景：
- 数据传输安全：在网络通信中加密数据，保护数据传输过程中的隐私和完整性。
- 文件和数据存储：对存储在服务器或云端的敏感文件进行加密。
- VPN 连接：确保远程连接的安全性。
(2) 功能特性
- 安全性：AES 提供强大的安全性，是目前最推荐使用的对称加密算法之一。
- 灵活性：支持128、192和256位的密钥长度，适应不同的安全级别需求。
- 效率高：AES算法效率高，适合大量数据的快速加密。
(3) 原理及流程图
例如，使用AES加密算法加密字符串 "hello"
1. 明文 "hello"
|
|（转换为二进制格式）
V
2. 128位二进制明文
|
|（可能需要填充）
V
3. 填充后的128位二进制数据
|
|（密钥扩展）
V
4. 生成轮密钥
|
|（初始轮密钥加）
V
5. 与轮密钥异或后的数据块
|
|（主轮加密处理）
V
|_________________________|
| |
| SubBytes(字节代换) |
|_________________________|
| |
| ShiftRows(行移位) |
|_________________________|
| |
| MixColumns (列混淆) |
|_________________________|
| |
| AddRoundKey(轮密钥加) |
|_________________________|
V V
6. 密文数据块
|
V
7. 密文（二进制格式）(4) 示例代码
对字符串 "hello" 进行AES加密的示例：
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
public class AESExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 实例化密钥生成器，并初始化为AES（128位）
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
// 初始化128位 ，可修改
keyGenerator.init(128);
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 实例化Cipher对象，用于AES加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
// 转换明文字符串 "hello" 为二进制数据
String plainText = "hello";
byte[] plainTextBytes = plainText.getBytes();
// 加密得到密文
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainTextBytes);
// 打印加密后的密文（通常以十六进制形式表示）
System.out.println("Encrypted bytes: " + bytesToHex(encryptedBytes));
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 将字节数组转换为十六进制字符串
private static String bytesToHex(byte[] bytes) {
StringBuilder hexString = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
if (hex.length() == 1) {
hexString.append('0');
}
hexString.append(hex);
}
return hexString.toString();
}
}(5) 注意事项
- AES加密是对称加密，加密和解密使用相同的密钥。
- 密钥长度的选择需要根据具体的应用场景和安全需求来确定。
3.DES加密
(1) 适用场景
DES（数据加密标准）是一种较早的对称加密算法，由于密钥长度（56位有效密钥，相对较短），其安全性相对较低，一般一些旧的系统中仍然使用。
主要适用场景包括：
数据传输：在安全性要求不是特别高的场合，DES仍可用于数据传输的加密。
(2) 功能特性
- 对称加密：使用相同的密钥进行加密和解密。
- 密钥长度：实际有效的密钥长度为56位，另外8位用于奇偶性校验。
- 效率：由于算法较老，在现代硬件上的相对速度较慢。
- 安全性：由于密钥长度较短，DES容易受到暴力破解攻击，因此认为不安全的。
(3) 原理及流程图
我们通过以下步骤使用DES加密字符串 "hello"：
1. 明文 "hello"
|
|（转换为二进制并填充）
V
2. 64位二进制明文
|
|（初始置换 IP）
V
3. 初始置换后的数据块
|
|（密钥加）
V
4. 与密钥异或后的数据块
|
|（Feistel网络处理）
V
|_________________________|
| |
| 密钥加 |
|_________________________|
| |
| 置换 |
|_________________________|
| |
| 代换 |
|_________________________|
| |
| 循环左移 |
|_________________________|
V V
5. Feistel网络输出
|
|（逆置换 IP^-1）
V
6. 逆置换后的密文块
|
V
7. 密文(4) 示例代码（Java）
以下是使用Java代码对字符串 "hello" 进行DES加密的示例：
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
public class DESExample {
public static void main(String[] args) {
try {
// 实例化密钥生成器，并初始化为DES
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
keyGenerator.init(56); // DES密钥长度为56位
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 实例化Cipher对象，用于DES加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(new byte[8]); // 使用8位的IV
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
// 转换明文字符串 "hello" 为二进制数据
String plainText = "hello";
byte[] plainTextBytes = plainText.getBytes("UTF-8");
// 加密得到密文
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainTextBytes);
// 打印加密后的密文（通常以Base64形式表示）
System.out.println("Encrypted text: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}(5) 注意事项
- DES由于其较短的密钥长度，已不适用于安全性要求高的场合。
- 在实际使用中，推荐使用AES或其他更安全的加密算法。
4.国密算法加密
(1) 适用场景
国密算法，即中国国家商用密码算法标准，包括但不限于SM1、SM2、SM3、SM4等。主要用于：
- 金融服务：在金融服务行业中用于保证交易安全。
- 政府通信：确保政府数据传输的安全性。
- 企业数据保护：用于保护商业机密和客户数据。
- 安全令牌：用于安全令牌的加密。
(2) 功能特性
- 标准性：国密算法符合中国的商用密码标准。
- 安全性：可抵御多种已知攻击方式。
- 多样性：包含多种算法，如SM2用于数字签名，SM4用于数据加密。
(3) 原理及流程图
使用字符串 "hello" 进行说明：
1. 明文 "hello"
|
|（转换为二进制格式）
V
2. 二进制明文数据
|
|（配置密钥和参数）
V
3. 初始化加密模块
|
|（设置SM4密钥和IV）
V
4. 使用SM4加密明文
|
|（多轮迭代加密处理）
V
5. 输出SM4密文(4) 示例代码（Java）
使用Java伪代码对字符串 "hello" 进行SM4加密的示例：
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Security;
public class SM4Example {
public static void main(String[] args) {
try {
// 添加Bouncy Castle安全提供者
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
// 实例化密钥生成器，并初始化为SM4
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("SM4");
keyGenerator.init(128); // SM4密钥长度为128位
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
// 实例化Cipher对象，用于SM4加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/CBC/PKCS7Padding");
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(new byte[16]); // 16字节的IV
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
// 转换明文字符串 "hello" 为二进制数据
String plainText = "hello";
byte[] plainTextBytes = plainText.getBytes("UTF-8");
// 加密得到密文
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainTextBytes);
// 打印加密后的密文（通常以十六进制或Base64形式表示）
System.out.println("Encrypted text: " + bytesToHex(encryptedBytes));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 将字节数组转换为十六进制字符串
private static String bytesToHex(byte[] bytes) {
StringBuilder hexString = new StringBuilder();
for (byte b : bytes) {
String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
if (hex.length() == 1) {
hexString.append('0');
}
hexString.append(hex);
}
return hexString.toString();
}
}(5) 注意事项
- 密钥管理是加密过程中的一个重要环节，密钥应该安全地生成、存储和分发。
- 国密算法的使用需要遵守相关的法律法规和标准。
5. RSA 加密
(1) 适用场景
使用场景：
- 安全电子邮件：使用 RSA 对邮件内容进行加密，确保邮件传输过程中的安全性。
- SSL/TLS：在 SSL/TLS 协议中，RSA 用于加密交换对称密钥，以建立安全通信。
- 数字签名：RSA 用于生成数字签名，验证软件或文档的完整性和来源。
- 身份验证：用于身份验证过程，确保通信双方的身份。
(2) 功能特性
- 非对称加密：使用一对密钥，公钥加密，私钥解密。
- 安全性：难以破解，安全性高。
- 密钥长度：通常使用 1024 位、2048 位或更长的密钥，以提高安全性。
(3) 原理及流程图
例如，明文"hello"加密解密过程如下：
1. 明文 "hello"
|
|（转换为数值 m）
V
2. 使用公钥 (e, n) 加密
|___________|
| |
| m^e mod n|
|___________|
|
V
3. 得到密文 c
|
|（使用私钥 (d, n) 解密）
V
|___________|
| |
| c^d mod n|
|___________|
|
V
4. 恢复明文 m
|
V
5. 明文 "hello"(4) 程序实现
使用Java实现RSA加密和解密的简单示例：
import javax.crypto.Cipher;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;
public class RSAExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 生成密钥对
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(2048);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// 公钥和私钥
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
// 明文
String plainText = "hello";
byte[] data = plainText.getBytes();
// 加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(data);
System.out.println("Encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData));
// 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
byte[] decryptedData = cipher.doFinal(encryptedData);
String decryptedText = new String(decryptedData);
System.out.println("Decrypted: " + decryptedText);
}
}(5) 注意事项
- 密钥长度：推荐使用2048位或更长的密钥以确保安全性。
- 密钥管理：公钥可以公开，但私钥必须保密，防止泄露。
- 性能：RSA加密和解密的速度相对较慢，不适合加密大量数据。
总结
综上，实际使用中，常常根据自身系统特征选择。比如：执行效率、数据量、安全合规要求等，这里给出上述简易版整理。
加密算法 | 名称 | 有效长度 | 特性 | 是否加密解密 | 优点 | 缺点 |
MD5 | MD5 散列算法 | 128位 | 散列函数 | 不可逆 | 速度快，简单 | 安全性低，易受碰撞攻击 |
AES | AES 加密算法 | 128/192/256位 | 对称加密 | 是 | 安全性高，效率高 | 无严重弱点 |
DES | DES 加密算法 | 56位 | 对称加密 | 是 | 速度快，曾广泛使用 | 密钥短，安全性低 |
国密SM4 | SM4 加密算法 | 128位 | 对称加密 | 是 | 符合国内标准，安全性好 | 使用不如AES广泛 |
RSA | RSA 加密算法 | 1024/2048位 | 非对称加密 | 是 | 非对称加密，适合数字签名 | 计算量大，速度慢 |
