面試官：說一下你常用的加密演算法
阿新 • • 發佈：2020-07-31
加密演算法我們整體可以分為：可逆加密和不可逆加密，可逆加密又可以分為：對稱加密和非對稱加密。
## 一、不可逆加密
常見的不可逆加密演算法有`MD5`，`HMAC`，`SHA1`、`SHA-224`、`SHA-256`、`SHA-384`，和`SHA-512`，其中`SHA-224`、`SHA-256`、`SHA-384`，和`SHA-512`我們可以統稱為`SHA2`加密演算法，`SHA`加密演算法的安全性要比`MD5`更高，而`SHA2`加密演算法比`SHA1`的要高。其中`SHA`後面的數字表示的是加密後的字串長度，`SHA1`預設會產生一個`160`位的資訊摘要。
不可逆加密演算法最大的特點就是金鑰，但是`HMAC`是需要金鑰的【手動狗頭】。
由於這些加密都是不可逆的，因此比較常用的場景就是使用者密碼加密，其驗證過程就是通過比較兩個加密後的字串是否一樣來確認身份的。網上也有很多自稱是可以破解`MD5`密碼的網站，其原理也是一樣，就是有一個巨大的資源庫，存放了許多字串及對應的`MD5`加密後的字串，通過你輸入的`MD5`加密串來進行比較，如果過你的密碼複雜度比較低，還是有很大機率驗證出來的。
### 1.1 MD5
> **MD5資訊摘要演算法**（英語：MD5 Message-Digest Algorithm），一種被廣泛使用的密碼雜湊函式，可以產生出一個128位（16位元組）的雜湊值（hash value），用於確保資訊傳輸完整一致。
`MD5`演算法有以下特點：
1、壓縮性：無論資料長度是多少，計算出來的`MD5`值長度相同
2、容易計算性：由原資料容易計算出`MD5`值
3、抗修改性：即便修改一個位元組，計算出來的`MD5`值也會巨大差異
4、抗碰撞性：知道資料和`MD5`值，很小概率找到相同`MD5`值相同的原資料。
```java
public static String md5(String text) {
MessageDigest messageDigest = null;
try {
messageDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
byte[] bytes = messageDigest.digest(text.getBytes());
return Hex.encodeHexString(bytes);
}
```
### 1.2 SHA系列
> **安全雜湊演算法**（英語：Secure Hash Algorithm，縮寫為SHA）是一個密碼雜湊函式家族，是FIPS所認證的安全雜湊演算法。能計算出一個數字訊息所對應到的，長度固定的字串（又稱訊息摘要）的演算法。且若輸入的訊息不同，它們對應到不同字串的機率很高。
> 2005年8月17日的CRYPTO會議尾聲中王小云、姚期智、姚儲楓再度發表更有效率的SHA-1攻擊法，能在2的63次方個計算複雜度內找到碰撞。
也就是說`SHA-1`加密演算法有碰撞的可能性，雖然很小。
```java
public static String sha256(String text) {
MessageDigest messageDigest = null;
try {
messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
byte[] bytes = messageDigest.digest(text.getBytes());
return Hex.encodeHexString(bytes);
}
```
### 1.3 HMAC系列
> HMAC是金鑰相關的雜湊運算訊息認證碼（Hash-based Message Authentication Code）的縮寫，由H.Krawezyk，M.Bellare，R.Canetti於1996年提出的一種基於Hash函式和金鑰進行訊息認證的方法，並於1997年作為RFC2104被公佈，並在[IPSec](https://baike.baidu.com/item/IPSec/2472311)和其他網路協議（如[SSL](https://baike.baidu.com/item/SSL/320778)）中得以廣泛應用，現在已經成為事實上的Internet安全標準。它可以與任何迭代雜湊函式捆綁使用。
> HMAC演算法更像是一種加密演算法，它引入了金鑰，其安全性已經不完全依賴於所使用的Hash演算法
```java
public static String hmacSha256(String text, SecretKeySpec sk) {
Mac mac = null;
try {
mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
mac.init(sk);
} catch (InvalidKeyException e) {
e.printStackTrace();
}
byte[] rawHmac = mac.doFinal(text.getBytes());
return new String(Base64.encodeBase64(rawHmac));
}
```
如果要使用不可逆加密，推薦使用SHA256、SHA384、SHA512以及HMAC-SHA256、HMAC-SHA384、HMAC-SHA512這幾種演算法。
## 二、對稱加密演算法
對稱加密演算法是應用比較早的演算法，在資料加密和解密的時用的都是同一個金鑰，這就造成了金鑰管理困難的問題。常見的對稱加密演算法有`DES`、`3DES`、`AES128`、`AES192`、`AES256` (預設安裝的 `JDK` 尚不支援 `AES256`，需要安裝對應的 `jce` 補丁進行升級 `jce1.7`，`jce1.8`)。其中`AES`後面的數字代表的是金鑰長度。對稱加密演算法的安全性相對較低，比較適用的場景就是內網環境中的加解密。
### 2.1 DES
`DES`是對稱加密演算法領域中的典型演算法，其金鑰預設長度為`56`位。
```java
// 加密
public static String encrypt(byte[] dataSource, String password){
try {
SecureRandom random = new SecureRandom();
DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
//建立一個密匙工廠，然後用它把DESKeySpec轉換成
SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey secretKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
//Cipher物件實際完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
//用密匙初始化Cipher物件
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, random);
//正式執行加密操作
return Base64.encodeBase64String(cipher.doFinal(dataSource));
} catch (Throwable e) {
e.printStackTrace();
} return null;
}
// 解密
public static String decrypt(String src, String password) throws Exception{
// DES演算法要求有一個可信任的隨機數源
SecureRandom random = new SecureRandom();
// 建立一個DESKeySpec物件
DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
// 建立一個密匙工廠
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
// 將DESKeySpec物件轉換成SecretKey物件
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
// Cipher物件實際完成解密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
// 用密匙初始化Cipher物件
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, random);
// 真正開始解密操作
return new String(cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(src)));
}
```
### 2.2 3DES
`3DES`（即Triple DES）是`DES`向`AES`過渡的加密演算法，它使用3條56位的金鑰對資料進行三次加密。是`DES`的一個更安全的變形。它以`DES`為基本模組，通過組合分組方法設計出分組加密演算法。比起最初的`DES`，`3DES`更為安全。金鑰長度預設為`168`位，還可以選擇`128`位。
```java
public static String encryptThreeDESECB(String src, String key) {
try{
DESedeKeySpec dks = new DESedeKeySpec(key.getBytes("UTF-8"));
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(dks);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey);
byte[] b = cipher.doFinal(src.getBytes("UTF-8"));
String ss = new String(Base64.encodeBase64(b));
ss = ss.replaceAll("\\+", "-");
ss = ss.replaceAll("/", "_");
return ss;
} catch(Exception ex){
ex.printStackTrace();
return src;
}
}
public static String decryptThreeDESECB(String src, String key) {
try{
src = src.replaceAll("-", "+");
src = src.replaceAll("_", "/");
byte[] bytesrc = Base64.decodeBase64(src.getBytes("UTF-8"));
// --解密的key
DESedeKeySpec dks = new DESedeKeySpec(key.getBytes("UTF-8"));
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(dks);
// --Chipher物件解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey);
byte[] retByte = cipher.doFinal(bytesrc);
return new String(retByte, "UTF-8");
} catch(Exception ex){
ex.printStackTrace();
return src;
}
}
```
## 2.3 AES
`AES` 高階資料加密標準，能夠有效抵禦已知的針對`DES`演算法的所有攻擊，預設金鑰長度為`128`位，還可以供選擇`192`位，`256`位。這裡順便提一句這個位指的是bit。
```java
private static final String defaultCharset = "UTF-8";
private static final String KEY_AES = "AES";
private static final String KEY_MD5 = "MD5";
private static MessageDigest md5Digest;
static {
try {
md5Digest = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
}
}
/**
* 加密
*/
public static String encrypt(String data, String key) {
return doAES(data, key, Cipher.ENCRYPT_MODE);
}
/**
* 解密
*/
public static String decrypt(String data, String key) {
return doAES(data, key, Cipher.DECRYPT_MODE);
}
/**
* 加解密
*/
private static String doAES(String data, String key, int mode) {
try {
boolean encrypt = mode == Cipher.ENCRYPT_MODE;
byte[] content;
if (encrypt) {
content = data.getBytes(defaultCharset);
} else {
content = Base64.decodeBase64(data.getBytes());
}
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(md5Digest.digest(key.getBytes(defaultCharset))
, KEY_AES);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(KEY_AES);// 建立密碼器
cipher.init(mode, keySpec);// 初始化
byte[] result = cipher.doFinal(content);
if (encrypt) {
return new String(Base64.encodeBase64(result));
} else {
return new String(result, defaultCharset);
}
} catch (Exception e) {
}
return null;
}
```
推薦使用對稱加密演算法有：`AES128`、`AES192`、`AES256`。
## 三、非對稱加密演算法
非對稱加密演算法有兩個金鑰，這兩個金鑰完全不同但又完全匹配。只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。常見的非對稱加密有`RSA`、`SM2`等。
### 3.1 RSA
`RSA`金鑰至少為500位長，一般推薦使用1024位。
```java
//非對稱金鑰演算法
public static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";
/**
* 金鑰長度，DH演算法的預設金鑰長度是1024
* 金鑰長度必須是64的倍數，在512到65536位之間
*/
private static final int KEY_SIZE = 1024;
//公鑰
private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
//私鑰
private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";
/**
* 初始化金鑰對
*
* @return Map 甲方金鑰的Map
*/
public static Map