对称加密算法之 Java DES算法应用 附可用工具类
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2022-03-12 20:53:15
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DES算法简介
DES算法为密码*中的对称密码*，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码*加密算法。明文按64位进行分组，**长64位，**事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位，使得每个**都有奇数个1）分组后的明文组和56位的**按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。
DES算法具有极高安全性，除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。而56位长的**的穷举空间为2^56，这意味着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个**，则它搜索完全部**就需要将近2285年的时间，可见，这是难以实现的。然而，这并不等于说DES是不可**的。而实际上，随着硬件技术和Internet的发展，其**的可能性越来越大，而且，所需要的时间越来越少。使用经过特殊设计的硬件并行处理要几个小时。
为了克服DES**空间小的缺陷，人们又提出了三重DES的变形方式。
Maven 依赖
工具类对于加密后使用Base64进行编码，所以需要依赖Apache Commons Codec。
<dependency>
<groupId>commons-codec</groupId>
<artifactId>commons-codec</artifactId>
<version>1.9</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<version>1.2.17</version>
</dependency>
工具类实现
DESUtil提供了针对文本内容、字节数组内容的加解密实现，DESUtil工具类可以直接复制使用，代码如下：
package com.arhorchin.securitit.enordecryption.des;
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.log4j.Logger;
/**
* @author Securitit.
* @note DES加密算法实现.
*/
public class DESUtil {
/**
* logger.
*/
private static Logger logger = Logger.getLogger(DESUtil.class);
/**
* 数据编码.
*/
private static final String CHARSET_UTF8 = "UTF-8";
/**
* 算法编号.
*/
public static final String DES_NAME = "DES";
/**
* CBC模式串.
*/
public static final String DES_NAME_ECB = "DES/CBC/PKCS5Padding";
/**
* 初始向量.
*/
public static final byte[] DES_KEY_IV = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };
/**
* 根据密码生成Key.要求：密码长度是8的倍数.
* @param desKeyPwd 密码字符串.
* @return DES**.
* @throws Exception 可能异常.
*/
public static String generateDesKey(String desKeyPwd) throws Exception {
DESKeySpec desKeySpec = null;
SecretKeyFactory keyFactory = null;
byte[] keyBytes = null;
desKeySpec = new DESKeySpec(desKeyPwd.getBytes(CHARSET_UTF8));
keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES_NAME);
keyBytes = keyFactory.generateSecret(desKeySpec).getEncoded();
return Base64.encodeBase64String(keyBytes);
}
/**
* 对文本内容进行加密.
* @param plainText 待加密明文内容.
* @param desKey DES**.
* @return 加密的密文.
*/
public static String encodeText(String plainText, String desKey) throws Exception {
byte[] desKeyBytes = null;
byte[] plainBytes = null;
byte[] cipherBytes = null;
try {
desKeyBytes = Base64.decodeBase64(desKey);
plainBytes = plainText.getBytes(CHARSET_UTF8);
cipherBytes = encodeByCbc(plainBytes, desKeyBytes, DES_KEY_IV);
return Base64.encodeBase64String(cipherBytes);
} catch (Exception ex) {
logger.error("DESUtil.encodeText.", ex);
return "";
}
}
/**
* 对文本密文进行解密.
* @param cipherText 待解密密文.
* @param desKey DES**.
* @return 解密的明文.
*/
public static String decodeText(String cipherText, String desKey) throws Exception {
byte[] desKeyBytes = null;
byte[] cipherBytes = null;
byte[] plainBytes = null;
try {
desKeyBytes = Base64.decodeBase64(desKey);
cipherBytes = Base64.decodeBase64(cipherText);
plainBytes = decodeByCbc(cipherBytes, desKeyBytes, DES_KEY_IV);
return new String(plainBytes, CHARSET_UTF8);
} catch (Exception ex) {
logger.error("DESUtil.decodeText.", ex);
return "";
}
}
/**
* 对字节数组内容进行加密.
* @param plainText 待加密明文内容.
* @param dseKey DES**.
* @return 加密的密文.
*/
public static byte[] encodeBytes(byte[] plainBytes, String desKey) throws Exception {
byte[] desKeyBytes = null;
byte[] cipherBytes = null;
try {
desKeyBytes = Base64.decodeBase64(desKey);
cipherBytes = encodeByCbc(plainBytes, desKeyBytes, DES_KEY_IV);
return cipherBytes;
} catch (Exception ex) {
logger.error("DESUtil.encodeBytes.", ex);
return new byte[0];
}
}
/**
* 对字节数组密文进行解密.
* @param cipherText 待解密密文.
* @param desKey DES**.
* @return 解密的明文.
*/
public static byte[] decodeBytes(byte[] cipherBytes, String desKey) throws Exception {
byte[] desKeyBytes = null;
byte[] plainBytes = null;
try {
desKeyBytes = Base64.decodeBase64(desKey);
plainBytes = decodeByCbc(cipherBytes, desKeyBytes, DES_KEY_IV);
return plainBytes;
} catch (Exception ex) {
logger.error("DESUtil.decodeBytes.", ex);
return new byte[0];
}
}
/**
* DES算法使用CBC模式进行加密.
* @param plainBytes 原文内容.
* @param desKey DES**.
* @param keyIv DES初始向量.
* @return 加密后的内容.
* @throws Exception .
*/
public static byte[] encodeByCbc(byte[] plainBytes, byte[] desKey, byte[] keyIv) throws Exception {
Key deskey = null;
DESKeySpec desSpec = null;
SecretKeyFactory keyFactory = null;
Cipher cipher = null;
IvParameterSpec ivSpec = null;
byte[] cipherOut = null;
desSpec = new DESKeySpec(desKey);
keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES_NAME);
deskey = keyFactory.generateSecret(desSpec);
cipher = Cipher.getInstance(DES_NAME_ECB);
ivSpec = new IvParameterSpec(keyIv);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey, ivSpec);
cipherOut = cipher.doFinal(plainBytes);
return cipherOut;
}
/**
* DES算法使用CBC模式进行解密.
* @param plainBytes 密文内容.
* @param desKey DES**.
* @param keyIv DES初始向量.
* @return 解密后的内容.
* @throws Exception .
*/
public static byte[] decodeByCbc(byte[] plainBytes, byte[] desKey, byte[] keyIv) throws Exception {
Key deskey = null;
DESKeySpec desSpec = null;
SecretKeyFactory keyFactory = null;
Cipher cipher = null;
IvParameterSpec ivSpec = null;
byte[] cipherOut = null;
desSpec = new DESKeySpec(desKey);
keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES_NAME);
deskey = keyFactory.generateSecret(desSpec);
cipher = Cipher.getInstance(DES_NAME_ECB);
ivSpec = new IvParameterSpec(keyIv);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey, ivSpec);
cipherOut = cipher.doFinal(plainBytes);
return cipherOut;
}
}
工具类测试
package com.arhorchin.securitit.enordecryption.des;
import java.util.Arrays;
/**
* @author Securitit.
* @note DESUtil测试类.
*/
public class DESUtilTester {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String desKeyPwd = "1234567887654321";
String desKey = null;
String plainText = "This is 一段明文内容！";
String cipherText = null;
System.out.println("----------------------- 获取DES秘钥 -------------------------");
desKey = DESUtil.generateDesKey(desKeyPwd);
System.out.println("秘钥：" + desKey);
System.out.println();
// 文本加解密测试.
System.out.println("----------------------- 文本加解密测试 -------------------------");
System.out.println("明文：" + plainText);
cipherText = DESUtil.encodeText(plainText, desKey);
System.out.println("密文：" + cipherText);
plainText = DESUtil.decodeText(cipherText, desKey);
System.out.println("解密明文：" + plainText);
System.out.println();
System.out.println("----------------------- 字节数组加解密测试 -------------------------");
byte[] plainBytes = plainText.getBytes("UTF-8");
byte[] cipherBytes = null;
System.out.println("明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
cipherBytes = DESUtil.encodeBytes(plainBytes, desKey);
System.out.println("密文：" + Arrays.toString(cipherBytes));
plainBytes = DESUtil.decodeBytes(cipherBytes, desKey);
System.out.println("解密明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
System.out.println();
}
}
控制台输出
查看Console中的控制台内容，明文和解密后明文对比，可以确认DESUtil可以正常工作，控制台如下图：
----------------------- 获取DES秘钥 -------------------------
秘钥：MTIyNDQ3Nzg=
----------------------- 文本加解密测试 -------------------------
明文：This is 一段明文内容！
密文：2guHzIWpad0klMjyRZERLW83acN0AM0F19NZ18NF214=
解密明文：This is 一段明文内容！
----------------------- 字节数组加解密测试 -------------------------
明文：[84, 104, 105, 115, 32, 105, 115, 32, -28, -72, -128, -26, -82, -75, -26, -104, -114, -26, -106, -121, -27, -122, -123, -27, -82, -71, -17, -68, -127]
密文：[-38, 11, -121, -52, -123, -87, 105, -35, 36, -108, -56, -14, 69, -111, 17, 45, 111, 55, 105, -61, 116, 0, -51, 5, -41, -45, 89, -41, -61, 69, -37, 94]
解密明文：[84, 104, 105, 115, 32, 105, 115, 32, -28, -72, -128, -26, -82, -75, -26, -104, -114, -26, -106, -121, -27, -122, -123, -27, -82, -71, -17, -68, -127]
总结
现代密码学应用中，DES的身影已越来越少见，随着硬件和互联网的发展，DES在安全性方面的劣势变得尤为明显。在DES之后，逐渐出现了用于过渡的3DES以及新一代密码算法AES，3DES是为了使得DES更加难以**，使用三次DES加解密叠加得到的密码算法。而AES是作为下一代对称密码学算法，使用完全不同的算法进行了实现。在实际应用中，可以根据个人所需，选择合适的算法进行应用。
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