非對稱式加密演算法-DH演算法

一、概述

  1、與對稱式加密演算法的主要差別在於，加密和解密的密鑰不相同，一個公開（公開金鑰），一個保密（私密金鑰）。主要解決了對稱式加密演算法密鑰分配管理的問題，提高了演算法安全性。

  2、非對稱式加密演算法的加密、解密的效率比較低。在演算法設計上，非對稱式加密演算法對待加密的資料長度有著苛刻的要求。例如RSA演算法要求待加密的資料不得大於53個位元組。

  3、非對稱式加密演算法主要用於 交換對稱式加密演算法的密鑰，而非資料交換

  4、java6提供實現了DH和RSA兩種演算法。Bouncy Castle提供了E1Gamal演算法支援。除了上述三種演算法還有一個ECC演算法，目前沒有相關的開源組件提供支援

 

二、模型分析

我們還是以甲乙雙方發送資料為模型進行分析

1、甲方（訊息發送方，下同）構建金鑰組（公開金鑰+私密金鑰），甲方公布公開金鑰給乙方（訊息接收方，下同）

2、乙方以甲方發送過來的公開金鑰作為參數構造金鑰組（公開金鑰+私密金鑰），將構造出來的公開金鑰公布給甲方

3、甲方用“甲方的私密金鑰+乙方的公開金鑰”構造本地密鑰

4、乙方用“乙方的私密金鑰+甲方的公開金鑰”構造本地的密鑰

5、這個時候，甲乙兩方本地新構造出來的密鑰應該一樣。然後就可以使用AES這類對稱式加密演算法結合密鑰進行資料的安全傳送了。傳送過程參考AES的相關演算法

三、程式碼分析

package com.ca.test;<br />import java.security.Key;<br />import java.security.KeyFactory;<br />import java.security.KeyPair;<br />import java.security.KeyPairGenerator;<br />import java.security.PrivateKey;<br />import java.security.PublicKey;<br />import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;<br />import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;<br />import java.util.HashMap;<br />import java.util.Map;<br />import javax.crypto.Cipher;<br />import javax.crypto.KeyAgreement;<br />import javax.crypto.SecretKey;<br />import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;<br />import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;<br />import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;<br />import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;<br />import org.apache.commons.codec.binary.Base64;<br />/**<br /> * 非對稱式加密演算法DH演算法組件<br /> * 非對稱演算法一般是用來傳送對稱式加密演算法的密鑰來使用的，所以這裡我們用DH演算法類比密鑰傳送<br /> * 對稱式加密AES演算法繼續做我們的資料加解密<br /> * @author kongqz<br /> * */<br />public class DHCoder {<br />//非對稱金鑰演算法<br />public static final String KEY_ALGORITHM="DH";</p><p>//本地密鑰演算法，即對稱式加密演算法。可選des，aes，desede<br />public static final String SECRET_ALGORITHM="AES";</p><p>/**<br /> * 密鑰長度，DH演算法的預設密鑰長度是1024<br /> * 密鑰長度必須是64的倍數，在512到1024位之間<br /> * */<br />private static final int KEY_SIZE=512;<br />//公開金鑰<br />private static final String PUBLIC_KEY="DHPublicKey";</p><p>//私密金鑰<br />private static final String PRIVATE_KEY="DHPrivateKey";</p><p>/**<br /> * 初始化甲方密鑰<br /> * @return Map 甲方密鑰的Map<br /> * */<br />public static Map<String,Object> initKey() throws Exception{<br />//執行個體化金鑰產生器<br />KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);<br />//初始化金鑰產生器<br />keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);<br />//產生金鑰組<br />KeyPair keyPair=keyPairGenerator.generateKeyPair();<br />//甲方公開金鑰<br />DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey) keyPair.getPublic();<br />//甲方私密金鑰<br />DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();<br />//將金鑰儲存區在map中<br />Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();<br />keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);<br />keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);<br />return keyMap;</p><p>}</p><p>/**<br /> * 初始化乙方密鑰<br /> * @param key 甲方密鑰（這個密鑰是通過第三方途徑傳遞的）<br /> * @return Map 乙方密鑰的Map<br /> * */<br />public static Map<String,Object> initKey(byte[] key) throws Exception{<br />//解析甲方的公開金鑰<br />//轉換公開金鑰的材料<br />X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(key);<br />//執行個體化密鑰工廠<br />KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);<br />//產生公開金鑰<br />PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);<br />//由甲方的公開金鑰構造乙方密鑰<br />DHParameterSpec dhParamSpec=((DHPublicKey)pubKey).getParams();<br />//執行個體化金鑰產生器<br />KeyPairGenerator keyPairGenerator=KeyPairGenerator.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());<br />//初始化金鑰產生器<br />keyPairGenerator.initialize(dhParamSpec);<br />//產生金鑰組<br />KeyPair keyPair=keyPairGenerator.genKeyPair();<br />//乙方公開金鑰<br />DHPublicKey publicKey=(DHPublicKey)keyPair.getPublic();<br />//乙方私密金鑰<br />DHPrivateKey privateKey=(DHPrivateKey)keyPair.getPrivate();<br />//將金鑰儲存區在Map中<br />Map<String,Object> keyMap=new HashMap<String,Object>();<br />keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);<br />keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);<br />return keyMap;<br />}<br />/**<br /> * 加密<br /> * @param data待加密資料<br /> * @param key 密鑰<br /> * @return byte[] 加密資料<br /> * */<br />public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{<br />//產生本地密鑰<br />SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);<br />//資料加密<br />Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());<br />cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);<br />return cipher.doFinal(data);<br />}<br />/**<br /> * 解密<br /> * @param data 待解密資料<br /> * @param key 密鑰<br /> * @return byte[] 解密資料<br /> * */<br />public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{<br />//產生本地密鑰<br />SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,SECRET_ALGORITHM);<br />//資料解密<br />Cipher cipher=Cipher.getInstance(secretKey.getAlgorithm());<br />cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);<br />return cipher.doFinal(data);<br />}<br />/**<br /> * 構建密鑰<br /> * @param publicKey 公開金鑰<br /> * @param privateKey 私密金鑰<br /> * @return byte[] 本地密鑰<br /> * */<br />public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey,byte[] privateKey) throws Exception{<br />//執行個體化密鑰工廠<br />KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);<br />//初始化公開金鑰<br />//密鑰材料轉換<br />X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec(publicKey);<br />//產生公開金鑰<br />PublicKey pubKey=keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);<br />//初始化私密金鑰<br />//密鑰材料轉換<br />PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);<br />//產生私密金鑰<br />PrivateKey priKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);<br />//執行個體化<br />KeyAgreement keyAgree=KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());<br />//初始化<br />keyAgree.init(priKey);<br />keyAgree.doPhase(pubKey, true);<br />//產生本地密鑰<br />SecretKey secretKey=keyAgree.generateSecret(SECRET_ALGORITHM);<br />return secretKey.getEncoded();<br />}<br />/**<br /> * 取得私密金鑰<br /> * @param keyMap 密鑰map<br /> * @return byte[] 私密金鑰<br /> * */<br />public static byte[] getPrivateKey(Map<String,Object> keyMap){<br />Key key=(Key)keyMap.get(PRIVATE_KEY);<br />return key.getEncoded();<br />}<br />/**<br /> * 取得公開金鑰<br /> * @param keyMap 密鑰map<br /> * @return byte[] 公開金鑰<br /> * */<br />public static byte[] getPublicKey(Map<String,Object> keyMap) throws Exception{<br />Key key=(Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);<br />return key.getEncoded();<br />}<br />/**<br /> * @param args<br /> * @throws Exception<br /> */<br />public static void main(String[] args) throws Exception {<br />//產生甲方的金鑰組<br />Map<String,Object> keyMap1=DHCoder.initKey();<br />//甲方的公開金鑰<br />byte[] publicKey1=DHCoder.getPublicKey(keyMap1);</p><p>//甲方的私密金鑰<br />byte[] privateKey1=DHCoder.getPrivateKey(keyMap1);<br />System.out.println("甲方公開金鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey1));<br />System.out.println("甲方私密金鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey1));</p><p>//由甲方的公開金鑰產生的金鑰組<br />Map<String,Object> keyMap2=DHCoder.initKey(publicKey1);<br />byte[] publicKey2=DHCoder.getPublicKey(keyMap2);<br />byte[] privateKey2=DHCoder.getPrivateKey(keyMap2);<br />System.out.println("乙方公開金鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(publicKey2));<br />System.out.println("乙方私密金鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(privateKey2));</p><p>//組裝甲方的本地加密金鑰,由乙方的公開金鑰和甲方的私密金鑰組合而成<br />byte[] key1=DHCoder.getSecretKey(publicKey2, privateKey1);<br />System.out.println("甲方的本地密鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(key1));</p><p>//組裝乙方的本地加密金鑰，由甲方的公開金鑰和乙方的私密金鑰組合而成<br />byte[] key2=DHCoder.getSecretKey(publicKey1, privateKey2);<br />System.out.println("乙方的本地密鑰：/n"+Base64.encodeBase64String(key2));</p><p>System.out.println("================金鑰組構造完畢，開始進行加密資料的傳輸=============");<br />String str="密碼交換演算法";<br />System.out.println("/n===========甲方向乙方發送加密資料==============");<br />System.out.println("原文:"+str);<br />System.out.println("===========使用甲方本地金鑰組進行資料加密==============");<br />//甲方進行資料的加密<br />byte[] code1=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key1);<br />System.out.println("加密後的資料："+Base64.encodeBase64String(code1));</p><p>System.out.println("===========使用乙方本地金鑰組資料進行解密==============");<br />//乙方進行資料的解密<br />byte[] decode1=DHCoder.decrypt(code1, key2);<br />System.out.println("乙方解密後的資料："+new String(decode1)+"/n/n");</p><p>System.out.println("===========反向進行操作，乙方向甲方發送資料==============/n/n");</p><p>str="乙方向甲方發送資料DH";</p><p>System.out.println("原文:"+str);</p><p>//使用乙方本地金鑰組資料進行加密<br />byte[] code2=DHCoder.encrypt(str.getBytes(), key2);<br />System.out.println("===========使用乙方本地金鑰組進行資料加密==============");<br />System.out.println("加密後的資料："+Base64.encodeBase64String(code2));</p><p>System.out.println("=============乙方將資料傳送給甲方======================");<br />System.out.println("===========使用甲方本地金鑰組資料進行解密==============");</p><p>//甲方使用本地金鑰組資料進行解密<br />byte[] decode2=DHCoder.decrypt(code2, key1);</p><p>System.out.println("甲方解密後的資料："+new String(decode2));<br />}<br />}</p><p>控制台輸出結果：<br />甲方公開金鑰：<br />MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz<br />W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG<br />kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBALk1l11UT5Y1<br />evJv1sLQAXo7Yj/olsPMVJ/7zOx503CRcovA5Q+k2OyIZsl5H2qGCnqi+Da0/9zZx0go8Y/j5B4=<br />甲方私密金鑰：<br />MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX<br />rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD<br />TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB0haXhPoDW<br />gLMF79N1ZZGu1dtHWAObe9obKAh4hGH0HsAsSY8qy17ZE0IyiOwYPXA=<br />乙方公開金鑰：<br />MIHgMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYXrgHz<br />W5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpDTWSG<br />kx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgANEAAJBAOWqgUur2jDR<br />057ohEH4eb3KwOdmcbsv4GnvIlCVzwpBKVlUk0MMIeV8APLz/xIjjoOnNZx3rNknaO/+v85tG3g=<br />乙方私密金鑰：<br />MIHRAgEAMIGXBgkqhkiG9w0BAwEwgYkCQQD8poLOjhLKuibvzPcRDlJtsHiwXt7LzR60ogjzrhYX<br />rgHzW5Gkfm32NBPF4S7QiZvNEyrNUNmRUb3EPuc3WS4XAkBnhHGyepz0TukaScUUfbGpqvJE8FpD<br />TWSGkx0tFCcbnjUDC3H9c9oXkGmzLik1Yw4cIGI1TQ2iCmxBblC+eUykAgIBgAQyAjB+/HgBYVlO<br />e2eAeU0HoWQyYsHt0tSPUZUqCyY9mWEK/7soxsR/6pfAb1npaaI1NO0=<br />甲方的本地密鑰：<br />+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=<br />乙方的本地密鑰：<br />+E068E5KSWvLYrB5o1ryIY1VFt6WcUnBrXvlBYN++/M=<br />================金鑰組構造完畢，開始進行加密資料的傳輸=============<br />===========甲方向乙方發送加密資料==============<br />原文:密碼交換演算法<br />===========使用甲方本地金鑰組進行資料加密==============<br />加密後的資料：1PUMKnkyfKauO6kTG5UDtA==<br />===========使用乙方本地金鑰組資料進行解密==============<br />乙方解密後的資料：密碼交換演算法</p><p>===========反向進行操作，乙方向甲方發送資料==============</p><p>原文:乙方向甲方發送資料DH<br />===========使用乙方本地金鑰組進行資料加密==============<br />加密後的資料：VGLdXmtGyBaE87NiSoHX+yvwyUkAx/qYKYWv+jEwkBY=<br />=============乙方將資料傳送給甲方======================<br />===========使用甲方本地金鑰組資料進行解密==============<br />甲方解密後的資料：乙方向甲方發送資料DH<br />

 

 

四、總結

1、非對稱式加密演算法主要用來傳遞密鑰的，而且效能較低。但是安全性超強。非對稱式加密演算法能加密的資料長度也受限

2、用非對稱式加密演算法算出甲乙雙方本地的密鑰後，可以選擇DES/AES/DESede這些對稱式加密演算法進行資料的傳送了