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详解DES加密算法及在Java程序中的使用示例

2016-7-29 15:41| 发布者: zhangjf| 查看: 639| 评论: 0

摘要: DES加密算法 DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来。 DES算法的入口参数 ...

DES加密算法
DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来。
DES算法的入口参数有三个:Key、Data、Mode。其中Key为7个字节共56位,是DES算法的工作密钥;Data为8个字节64位,是要被加密或被解密的数据;Mode为DES的工作方式,有两种:加密或解密。
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是56位，其算法主要分为两步：
1）初始置换
其功能是把输入的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分,每部分各长32位,其置换规则为将输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位……依此类推,最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位,R0是右32位,例:设置换前的输入值为D1D2D3……D64,则经过初始置换后的结果为:L0=D58D50……D8;R0=D57D49……D7。
其置换规则见下表：

  2. 58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
  3. 62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
  4. 57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
  5. 61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7,
复制代码

2）逆置换
经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行逆置换,逆置换正好是初始置换的逆运算，由此即得到密文输出。
此算法是对称加密算法体系中的代表,在计算机网络系统中广泛使用.

Java基本实现

  2. package com.stone.security;
  4. import java.security.Key;
  5. import java.security.SecureRandom;
  7. import javax.crypto.Cipher;
  8. import javax.crypto.KeyGenerator;
  9. import javax.crypto.SecretKey;
  10. import javax.crypto.SecretKeyFactory;
  11. import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
  12. import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
  14. /**
  15. * DES 算法 1972美国IBM研制，对称加密算法
  16. */
  17. public class DES {
  18. // 算法名称
  19. public static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
  20. // 算法名称/加密模式/填充方式
  21. public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "DES/ECB/PKCS5Padding";
  22. public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "DES/CBC/PKCS5Padding";
  24. public static void main(String[] args) throws Exception {
  25. /*
  26. * 使用 ECB mode
  27. * 密钥生成器 生成密钥
  28. * ECB mode cannot use IV
  29. */
  30. byte[] key = generateKey();
  31. byte[] encrypt = encrypt("胃炎F#*（x）".getBytes(), key);
  32. System.out.println(new String(decrypt(encrypt, key)));
  35. /*
  36. * 使用CBC mode
  37. * 使用密钥工厂生成密钥，加密 解密
  38. * iv: DES in CBC mode and RSA ciphers with OAEP encoding operation.
  39. */
  40. DESKeySpec dks = new DESKeySpec(generateKey());
  41. SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  42. SecretKey secretKey = factory.generateSecret(dks);
  43. Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC);
  44. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));
  45. byte[] enc = cipher.doFinal("胃炎A%F#*（x）".getBytes()); //加密
  47. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));
  48. byte[] dec = cipher.doFinal(enc); // 解密
  49. System.out.println(new String(dec));
  50. }
  52. static byte[] getIV() {
  53. String iv = "asdfivh7"; //IV length: must be 8 bytes long
  54. return iv.getBytes();
  55. }
  57. /**
  58. * 生成密钥
  59. *
  60. * @return
  61. * @throws Exception
  62. */
  63. private static byte[] generateKey() throws Exception {
  64. KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  65. keyGenerator.init(56); //des 必须是56, 此初始方法不必须调用
  66. SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
  67. return secretKey.getEncoded();
  68. }
  70. /**
  71. * 还原密钥
  72. *
  73. * @param key
  74. * @return
  75. * @throws Exception
  76. */
  77. private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
  78. DESKeySpec des = new DESKeySpec(key);
  79. SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  80. SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(des);
  81. return secretKey;
  82. }
  84. /**
  85. * 加密
  86. * @param data 原文
  87. * @param key
  88. * @return 密文
  89. * @throws Exception
  90. */
  91. public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
  92. Key k = toKey(key);
  93. Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB);
  94. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k, new SecureRandom());
  95. return cipher.doFinal(data);
  96. }
  97. /**
  98. * 解密
  99. * @param data 密文
  100. * @param key
  101. * @return 明文、原文
  102. * @throws Exception
  103. */
  104. public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
  105. Key k = toKey(key);
  106. Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB);
  107. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k, new SecureRandom());
  108. return cipher.doFinal(data);
  109. }
  110. }
复制代码

Java三重DES实现：

  2. package com.stone.security;
  4. import javax.crypto.Cipher;
  5. import javax.crypto.KeyGenerator;
  6. import javax.crypto.SecretKey;
  7. import javax.crypto.SecretKeyFactory;
  8. import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
  9. import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
  11. /**
  12. * 三重加密 3DES也作 Triple DES,
  13. */
  14. public class TripleDES {
  15. // 算法名称
  16. public static final String KEY_ALGORITHM = "DESede";
  17. // 算法名称/加密模式/填充方式
  18. public static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "DESede/ECB/PKCS5Padding";
  19. public static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "DESede/CBC/PKCS5Padding";
  21. private KeyGenerator keyGen;
  22. private SecretKey secretKey;
  23. private SecretKey secretKey2;
  24. private Cipher cipher;
  25. private static byte[] encryptData;
  27. public static void main(String[] args) throws Exception {
  28. TripleDES tripleDES = new TripleDES("ECB");
  29. tripleDES.encrypt("sau8jzxlcvm,'123`98(*^&%^^JCB ZX>>A<S<}}{");
  30. System.out.println("加密后：" + new String(encryptData));
  31. System.out.println("解密后："+ new String(tripleDES.decrypt(encryptData)));
  33. tripleDES = new TripleDES("CBC");
  34. tripleDES.encrypt2("sau8jzxlc DQV#><?|vm,'123`98(*^&%^^JCB ZX>>A<S<}}{");
  35. System.out.println("加密后：" + new String(encryptData));
  36. System.out.println("解密后："+ new String(tripleDES.decrypt2(encryptData)));
  37. }
  39. public TripleDES(String mode) throws Exception {
  40. if ("ECB".equals(mode)) {
  41. // cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  42. cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB);
  43. keyGen = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  44. secretKey = keyGen.generateKey();
  45. } else if("CBC".equals(mode)) {
  46. cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC);
  47. keyGen = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  48. DESedeKeySpec spec = new DESedeKeySpec(keyGen.generateKey().getEncoded());
  49. secretKey2 = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateSecret(spec);
  50. }
  51. }
  52. /**
  53. * 加密
  54. * @param str
  55. * @return
  56. * @throws Exception
  57. */
  58. public byte[] encrypt(String str) throws Exception {
  59. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
  60. return encryptData = cipher.doFinal(str.getBytes());
  61. }
  62. /**
  63. * 解密
  64. * @param encrypt
  65. * @return
  66. * @throws Exception
  67. */
  68. public byte[] decrypt(byte[] encrypt) throws Exception {
  69. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
  70. return encryptData = cipher.doFinal(encrypt);
  71. }
  72. byte[] getIV() {
  73. return "administ".getBytes();
  74. }
  75. /**
  76. * 加密
  77. * @param str
  78. * @return
  79. * @throws Exception
  80. */
  81. public byte[] encrypt2(String str) throws Exception {
  82. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey2, new IvParameterSpec(getIV()));
  83. return encryptData = cipher.doFinal(str.getBytes());
  84. }
  85. /**
  86. * 解密
  87. * @param encrypt
  88. * @return
  89. * @throws Exception
  90. */
  91. public byte[] decrypt2(byte[] encrypt) throws Exception {
  92. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey2, new IvParameterSpec(getIV()));
  93. return encryptData = cipher.doFinal(encrypt);
  94. }
  95. }
复制代码

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