非对称加密算法-DH算法-白红宇

一、概述

1、与对称加密算法的主要差别在于，加密和解密的密钥不相同，一个公开（公钥），一个保密（私钥）。主要解决了对称加密算法密钥分配管理的问题，提高了算法安全性。

2、非对称加密算法的加密、解密的效率比较低。在算法设计上，非对称加密算法对待加密的数据长度有着苛刻的要求。例如RSA算法要求待加密的数据不得大于53个字节。

3、非对称加密算法主要用于交换对称加密算法的密钥，而非数据交换

4、java6提供实现了DH和RSA两种算法。Bouncy Castle提供了E1Gamal算法支持。除了上述三种算法还有一个ECC算法，目前没有相关的开源组件提供支持

二、模型分析

我们还是以甲乙双方发送数据为模型进行分析

1、甲方（消息发送方，下同）构建密钥对（公钥+私钥），甲方公布公钥给乙方（消息接收方，下同）

2、乙方以甲方发送过来的公钥作为参数构造密钥对（公钥+私钥），将构造出来的公钥公布给甲方

3、甲方用“甲方的私钥+乙方的公钥”构造本地密钥

4、乙方用“乙方的私钥+甲方的公钥”构造本地的密钥

5、这个时候，甲乙两方本地新构造出来的密钥应该一样。然后就可以使用AES这类对称加密算法结合密钥进行数据的安全传送了。传送过程参考AES的相关算法

三、代码分析

package com.ca.test;import java.security.Key;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.HashMap;import java.util.Map;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyAgreement;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import org.apache.commons.codec.binary.Base64;/** * 非对称加密算法DH算法组件 * 非对称算法一般是用来传送对称加密算法的密钥来使用的，所以这里我们用DH算法模拟密钥传送 * 对称加密AES算法继续做我们的数据加解密 * @author kongqz * */public class DHCoder {	//非对称密钥算法	public static final String KEY_ALGORITHM="DH";		//本地密钥算法，即对称加密算法。可选des，aes，desede	public static final String SECRET_ALGORITHM="AES";		/**	 * 密钥长度，DH算法的默认密钥长度是1024	 * 密钥长度必须是64的倍数，在512到1024位之间	 * */	private static final int KEY_SIZE=512;	//公钥	private static final String PUBLIC_KEY="DHPublicKey";		//私钥	private static final String PRIVATE_KEY="DHPrivateKey";		/**	 * 初始化甲方密钥	 * @return Map 甲方密钥的Map	 * */	public static Map
    
      initKey() throws Exception{		//实例化密钥生成器		KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);		//初始化密钥生成器		keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);		//生成密钥对		KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();		//甲方公钥		DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey) keyPair.getPublic();		//甲方私钥		DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();		//将密钥存储在map中		Map
     
       keyMap=new HashMap
      
       ();		keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);		keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);		return keyMap;			}		/**	 * 初始化乙方密钥	 * @param key 甲方密钥（这个密钥是通过第三方途径传递的）	 * @return Map 乙方密钥的Map	 * */	public static Map
       
         initKey(byte[] key) throws Exception{		//解析甲方的公钥		//转换公钥的材料		X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);		//实例化密钥工厂		KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);		//产生公钥		PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);		//由甲方的公钥构造乙方密钥		DHParameterSpec dhParamSpec=((DHPublicKey)pubKey).getParams();		//实例化密钥生成器		KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());		//初始化密钥生成器		keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);		//产生密钥对		KeyPair keyPair=keyPairGenerator.genKeyPair();		//乙方公钥		DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey)keyPair.getPublic();		//乙方私钥		DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();		//将密钥存储在Map中		Map
        
          keyMap=new HashMap
         
          (); keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey); keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey); return keyMap; } /**  * 加密  * @param data待加密数据  * @param key 密钥  * @return byte[] 加密数据  * */ public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{ //生成本地密钥 SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM); //数据加密 Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey); return cipher.doFinal(data); } /**  * 解密  * @param data 待解密数据  * @param key 密钥  * @return byte[] 解密数据  * */ public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{ //生成本地密钥 SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM); //数据解密 Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey); return cipher.doFinal(data); } /**  * 构建密钥  * @param publicKey 公钥  * @param privateKey 私钥  * @return byte[] 本地密钥  * */ public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey,byte[] privateKey) throws Exception{ //实例化密钥工厂 KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM); //初始化公钥 //密钥材料转换 X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(publicKey); //产生公钥 PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec); //初始化私钥 //密钥材料转换 PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey); //产生私钥 PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec); //实例化 KeyAgreement keyAgree=KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm()); //初始化 keyAgree.init(priKey); keyAgree.doPhase(pubKey, true); //生成本地密钥 SecretKey secretKey=keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM); return secretKey.getEncoded(); } /**  * 取得私钥  * @param keyMap 密钥map  * @return byte[] 私钥  * */ public static byte[] getPrivateKey(Map
          
            keyMap){ Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY); return key.getEncoded(); } /**  * 取得公钥  * @param keyMap 密钥map  * @return byte[] 公钥  * */ public static byte[] getPublicKey(Map
           
             keyMap) throws Exception{ Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY); return key.getEncoded(); } /**  * @param args  * @throws Exception   */ public static void main(String[] args) throws Exception { //生成甲方的密钥对 Map
            
              keyMap1=DHCoder.initKey(); //甲方的公钥 byte[] publicKey1=DHCoder.getPublicKey(keyMap1); //甲方的私钥 byte[] privateKey1=DHCoder.getPrivateKey(keyMap1); System.out.println("甲方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey1)); System.out.println("甲方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey1)); //由甲方的公钥产生的密钥对 Map
             
               keyMap2=DHCoder.initKey(publicKey1); byte[] publicKey2=DHCoder.getPublicKey(keyMap2); byte[] privateKey2=DHCoder.getPrivateKey(keyMap2); System.out.println("乙方公钥：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey2)); System.out.println("乙方私钥：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey2)); //组装甲方的本地加密密钥,由乙方的公钥和甲方的私钥组合而成 byte[] key1=DHCoder.getSecretKey(publicKey2, privateKey1); System.out.println("甲方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key1)); //组装乙方的本地加密密钥，由甲方的公钥和乙方的私钥组合而成 byte[] key2=DHCoder.getSecretKey(publicKey1, privateKey2); System.out.println("乙方的本地密钥：/n"+Base64.encodeBase64String(key2)); System.out.println("================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输============="); String str="密码交换算法"; System.out.println("/n===========甲方向乙方发送加密数据=============="); System.out.println("原文:"+str); System.out.println("===========使用甲方本地密钥对进行数据加密=============="); //甲方进行数据的加密 byte[] code1=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key1); System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code1)); System.out.println("===========使用乙方本地密钥对数据进行解密=============="); //乙方进行数据的解密 byte[] decode1=DHCoder.decrypt(code1, key2); System.out.println("乙方解密后的数据："+new String(decode1)+"/n/n"); System.out.println("===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============/n/n"); str="乙方向甲方发送数据DH"; System.out.println("原文:"+str); //使用乙方本地密钥对数据进行加密 byte[] code2=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key2); System.out.println("===========使用乙方本地密钥对进行数据加密=============="); System.out.println("加密后的数据："+Base64.encodeBase64String(code2)); System.out.println("=============乙方将数据传送给甲方======================"); System.out.println("===========使用甲方本地密钥对数据进行解密=============="); //甲方使用本地密钥对数据进行解密 byte[] decode2=DHCoder.decrypt(code2, key1); System.out.println("甲方解密后的数据："+new String(decode2)); }}控制台输出结果：甲方公钥：MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBALk1l11UT5Y1evJv1sLQAXo7Yj/olsPMVJ/7zOx503CRcovA5Q+k2OyIZsl5H2qGCnqi+Da0/9zZx0go8Y/j5B4=甲方私钥：MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB0haXhPoDWgLMF79N1ZZGu1dtHWAObe9obKAh4hGH0HsAsSY8qy17ZE0IyiOwYPXA=乙方公钥：MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBAOWqgUur2jDR057ohEH4eb3KwOdmcbsv4GnvIlCVzwpBKVlUk0MMIeV8APLz/xIjjoOnNZx3rNknaO/+v85tG3g=乙方私钥：MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB+/HgBYVlOe2eAeU0HoWQyYsHt0tSPUZUqCyY9mWEK/7soxsR/6pfAb1npaaI1NO0=甲方的本地密钥：+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=乙方的本地密钥：+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=================密钥对构造完毕，开始进行加密数据的传输========================甲方向乙方发送加密数据==============原文:密码交换算法===========使用甲方本地密钥对进行数据加密==============加密后的数据：1PUMKnkyfKauO6kTG5UDtA=============使用乙方本地密钥对数据进行解密==============乙方解密后的数据：密码交换算法===========反向进行操作，乙方向甲方发送数据==============原文:乙方向甲方发送数据DH===========使用乙方本地密钥对进行数据加密==============加密后的数据：VGLdXmtGyBaE87NiSoHX+yvwyUkAx/qYKYWv+jEwkBY==============乙方将数据传送给甲方=================================使用甲方本地密钥对数据进行解密==============甲方解密后的数据：乙方向甲方发送数据DH

四、总结

1、非对称加密算法主要用来传递密钥的，而且性能较低。但是安全性超强。非对称加密算法能加密的数据长度也受限

2、用非对称加密算法算出甲乙双方本地的密钥后，可以选择DES/AES/DESede这些对称加密算法进行数据的传送了