Java加密技术（七）——非对称加密算法*ECC

ECC 
ECC-Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学，是目前已知的公钥*中，对每比特所提供加密强度最高的一种*。在软件注册保护方面起到很大的作用，一般的序列号通常由该算法产生。 
    当我开始整理《Java加密技术（二）》的时候，我就已经在开始研究ECC了，但是关于Java实现ECC算法的资料实在是太少了，无论是国内还是国外的资料，无论是官方还是非官方的解释，最终只有一种答案——ECC算法在jdk1.5后加入支持，目前仅仅只能完成密钥的生成与解析。 如果想要获得ECC算法实现，需要调用硬件完成加密/解密（ECC算法相当耗费资源，如果单纯使用CPU进行加密/解密，效率低下），涉及到Java Card领域，PKCS#11。 其实，PKCS#11配置很简单，但缺乏硬件设备，无法尝试！ 

    尽管如此，我照旧提供相应的Java实现代码，以供大家参考。 

通过java代码实现如下：Coder类见 Java加密技术（一） 

Java代码  

1. import java.math.BigInteger;  
2. import java.security.Key;  
3. import java.security.KeyFactory;  
4. import java.security.interfaces.ECPrivateKey;  
5. import java.security.interfaces.ECPublicKey;  
6. import java.security.spec.ECFieldF2m;  
7. import java.security.spec.ECParameterSpec;  
8. import java.security.spec.ECPoint;  
9. import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;  
10. import java.security.spec.ECPublicKeySpec;  
11. import java.security.spec.EllipticCurve;  
12. import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
13. import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
14. import java.util.HashMap;  
15. import java.util.Map;  
16.   
17. import javax.crypto.Cipher;  
18. import javax.crypto.NullCipher;  
19.   
20. import sun.security.ec.ECKeyFactory;  
21. import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;  
22. import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;  
23.   
24. /** 
25.  * ECC安全编码组件 
26.  *  
27.  * @author 梁栋 
28.  * @version 1.0 
29.  * @since 1.0 
30.  */  
31. public abstract class ECCCoder extends Coder {  
32.   
33.     public static final String ALGORITHM = "EC";  
34.     private static final String PUBLIC_KEY = "ECCPublicKey";  
35.     private static final String PRIVATE_KEY = "ECCPrivateKey";  
36.   
37.     /** 
38.      * 解密<br> 
39.      * 用私钥解密 
40.      *  
41.      * @param data 
42.      * @param key 
43.      * @return 
44.      * @throws Exception 
45.      */  
46.     public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
47.         // 对密钥解密  
48.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
49.   
50.         // 取得私钥  
51.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
52.         KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;  
53.   
54.         ECPrivateKey priKey = (ECPrivateKey) keyFactory  
55.                 .generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
56.   
57.         ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(priKey.getS(),  
58.                 priKey.getParams());  
59.   
60.         // 对数据解密  
61.         // TODO Chipher不支持EC算法 未能实现  
62.         Cipher cipher = new NullCipher();  
63.         // Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());  
64.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());  
65.   
66.         return cipher.doFinal(data);  
67.     }  
68.   
69.     /** 
70.      * 加密<br> 
71.      * 用公钥加密 
72.      *  
73.      * @param data 
74.      * @param privateKey 
75.      * @return 
76.      * @throws Exception 
77.      */  
78.     public static byte[] encrypt(byte[] data, String privateKey)  
79.             throws Exception {  
80.         // 对公钥解密  
81.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);  
82.   
83.         // 取得公钥  
84.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
85.         KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;  
86.   
87.         ECPublicKey pubKey = (ECPublicKey) keyFactory  
88.                 .generatePublic(x509KeySpec);  
89.   
90.         ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(pubKey.getW(),  
91.                 pubKey.getParams());  
92.   
93.         // 对数据加密  
94.         // TODO Chipher不支持EC算法 未能实现  
95.         Cipher cipher = new NullCipher();  
96.         // Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());  
97.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey, ecPublicKeySpec.getParams());  
98.   
99.         return cipher.doFinal(data);  
100.     }  
101.   
102.     /** 
103.      * 取得私钥 
104.      *  
105.      * @param keyMap 
106.      * @return 
107.      * @throws Exception 
108.      */  
109.     public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)  
110.             throws Exception {  
111.         Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);  
112.   
113.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
114.     }  
115.   
116.     /** 
117.      * 取得公钥 
118.      *  
119.      * @param keyMap 
120.      * @return 
121.      * @throws Exception 
122.      */  
123.     public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)  
124.             throws Exception {  
125.         Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);  
126.   
127.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
128.     }  
129.   
130.     /** 
131.      * 初始化密钥 
132.      *  
133.      * @return 
134.      * @throws Exception 
135.      */  
136.     public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {  
137.         BigInteger x1 = new BigInteger(  
138.                 "2fe13c0537bbc11acaa07d793de4e6d5e5c94eee8", 16);  
139.         BigInteger x2 = new BigInteger(  
140.                 "289070fb05d38ff58321f2e800536d538ccdaa3d9", 16);  
141.   
142.         ECPoint g = new ECPoint(x1, x2);  
143.   
144.         // the order of generator  
145.         BigInteger n = new BigInteger(  
146.                 "5846006549323611672814741753598448348329118574063", 10);  
147.         // the cofactor  
148.         int h = 2;  
149.         int m = 163;  
150.         int[] ks = { 7, 6, 3 };  
151.         ECFieldF2m ecField = new ECFieldF2m(m, ks);  
152.         // y^2+xy=x^3+x^2+1  
153.         BigInteger a = new BigInteger("1", 2);  
154.         BigInteger b = new BigInteger("1", 2);  
155.   
156.         EllipticCurve ellipticCurve = new EllipticCurve(ecField, a, b);  
157.   
158.         ECParameterSpec ecParameterSpec = new ECParameterSpec(ellipticCurve, g,  
159.                 n, h);  
160.         // 公钥  
161.         ECPublicKey publicKey = new ECPublicKeyImpl(g, ecParameterSpec);  
162.   
163.         BigInteger s = new BigInteger(  
164.                 "1234006549323611672814741753598448348329118574063", 10);  
165.         // 私钥  
166.         ECPrivateKey privateKey = new ECPrivateKeyImpl(s, ecParameterSpec);  
167.   
168.         Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);  
169.   
170.         keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);  
171.         keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);  
172.   
173.         return keyMap;  
174.     }  
175.   
176. }  

    请注意上述代码中的TODO内容，再次提醒注意，Chipher不支持EC算法 ，以上代码仅供参考。Chipher、Signature、KeyPairGenerator、KeyAgreement、SecretKey均不支持EC算法。为了确保程序能够正常执行，我们使用了NullCipher类，验证程序。 

照旧提供一个测试类： 

Java代码  

1. import static org.junit.Assert.*;  
2.   
3. import java.math.BigInteger;  
4. import java.security.spec.ECFieldF2m;  
5. import java.security.spec.ECParameterSpec;  
6. import java.security.spec.ECPoint;  
7. import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;  
8. import java.security.spec.ECPublicKeySpec;  
9. import java.security.spec.EllipticCurve;  
10. import java.util.Map;  
11.   
12. import org.junit.Test;  
13.   
14. /** 
15.  *  
16.  * @author 梁栋 
17.  * @version 1.0 
18.  * @since 1.0 
19.  */  
20. public class ECCCoderTest {  
21.   
22.     @Test  
23.     public void test() throws Exception {  
24.         String inputStr = "abc";  
25.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
26.   
27.         Map<String, Object> keyMap = ECCCoder.initKey();  
28.   
29.         String publicKey = ECCCoder.getPublicKey(keyMap);  
30.         String privateKey = ECCCoder.getPrivateKey(keyMap);  
31.         System.err.println("公钥: \n" + publicKey);  
32.         System.err.println("私钥： \n" + privateKey);  
33.   
34.         byte[] encodedData = ECCCoder.encrypt(data, publicKey);  
35.   
36.         byte[] decodedData = ECCCoder.decrypt(encodedData, privateKey);  
37.   
38.         String outputStr = new String(decodedData);  
39.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);  
40.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
41.     }  
42. }  

控制台输出： 

Console代码  

1. 公钥:   
2. MEAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEDLAAEAv4TwFN7vBGsqgfXk95ObV5clO7oAokHD7BdOP9YMh8u  
3. gAU21TjM2qPZ  
4.   
5. 私钥：   
6. MDICAQAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEEGzAZAgEBBBTYJsR3BN7TFw7JHcAHFkwNmfil7w==  
7.   
8. 加密前: abc  
9.   
10. 解密后: abc