java-信息安全(十一)-非对称加密算法ECC
概述
信息安全基本概念:
- ECC算法(Elliptic curve cryptography,椭圆曲线密码学)
ECC
椭圆加密算法(ECC)是一种公钥加密体制,最初由Koblitz和Miller两人于1985年提出,其数学基础是利用椭圆曲线上的有理点构成Abel加法群上椭圆离散对数的计算困难性。
是目前已知的公钥体制中,对每比特所提供加密强度最高的一种体制。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。
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).
算法分类信息:
算法 | 密钥长度 | 默认长度 | 签名长度 | 实现的方 |
NONEwithECDSA | 112-571 | 256 | 128 | JDK/BC |
RIPEMD160withECDSA | 同上 | 256 | 160 | BC |
SHA1withECDSA | ... | 256 | 160 | JDK/BC |
SHA224withECDSA | ... | 256 | 224 | BC |
SHA256withECDSA | ... | 256 | 256 | JDK/BC |
SHA384withECDSA | ... | 256 | 384 | JDK/BC |
SHA512withECDSA | ... | 256 | 512 | JDK/BC |
签名示例

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.ECPrivateKey;
import java.security.interfaces.ECPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec; import com.sun.org.apache.xerces.internal.impl.dv.util.HexBin; public class ECDSA {
private static String src = "ecdsa security";
public static void main(String[] args) {
jdkECDSA();
} public static void jdkECDSA(){
try {
//1.初始化密钥
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC");
keyPairGenerator.initialize(256);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
ECPublicKey ecPublicKey = (ECPublicKey)keyPair.getPublic();
ECPrivateKey ecPrivateKey = (ECPrivateKey)keyPair.getPrivate(); //2.执行签名
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(ecPrivateKey.getEncoded()); KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");
PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withECDSA");
signature.initSign(privateKey);
signature.update(src.getBytes());
byte[] res = signature.sign();
System.out.println("签名:"+HexBin.encode(res)); //3.验证签名
X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(ecPublicKey.getEncoded());
keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");
PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
signature = Signature.getInstance("SHA1withECDSA");
signature.initVerify(publicKey);
signature.update(src.getBytes());
boolean bool = signature.verify(res);
System.out.println("验证:"+bool);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
} }

加解密示例代码

package com.jd.order.util.encryption; import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.interfaces.ECPrivateKey;
import java.security.interfaces.ECPublicKey;
import java.security.spec.ECFieldF2m;
import java.security.spec.ECParameterSpec;
import java.security.spec.ECPoint;
import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;
import java.security.spec.ECPublicKeySpec;
import java.security.spec.EllipticCurve;
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.NullCipher; import org.apache.commons.codec.binary.Base64; import sun.security.ec.ECKeyFactory;
import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;
import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl; @SuppressWarnings("restriction")
public class ECCCoder {
public static final String ALGORITHM = "EC";
private static final String PUBLIC_KEY = "ECCPublicKey";
private static final String PRIVATE_KEY = "ECCPrivateKey"; /**
* 解密<br>
* 用私钥解密
*
* @param data
* @param key
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
// 对密钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(key); // 取得私钥
PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE; ECPrivateKey priKey = (ECPrivateKey) keyFactory
.generatePrivate(pkcs8KeySpec); ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(priKey.getS(),
priKey.getParams()); // 对数据解密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams()); return cipher.doFinal(data);
} /**
* 加密<br>
* 用公钥加密
*
* @param data
* @param privateKey
* @return
* @throws Exception
*/
public static byte[] encrypt(byte[] data, String privateKey)
throws Exception {
// 对公钥解密
byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey); // 取得公钥
X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE; ECPublicKey pubKey = (ECPublicKey) keyFactory
.generatePublic(x509KeySpec); ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(pubKey.getW(),
pubKey.getParams()); // 对数据加密
// TODO Chipher不支持EC算法 未能实现
Cipher cipher = new NullCipher();
// Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey, ecPublicKeySpec.getParams()); return cipher.doFinal(data);
} /**
* 取得私钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY); return encryptBASE64(key.getEncoded());
} /**
* 取得公钥
*
* @param keyMap
* @return
* @throws Exception
*/
public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)
throws Exception {
Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY); return encryptBASE64(key.getEncoded());
} /**
* 初始化密钥
*
* @return
* @throws Exception
*/
public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
BigInteger x1 = new BigInteger(
"2fe13c0537bbc11acaa07d793de4e6d5e5c94eee8", 16);
BigInteger x2 = new BigInteger(
"289070fb05d38ff58321f2e800536d538ccdaa3d9", 16); ECPoint g = new ECPoint(x1, x2); // the order of generator
BigInteger n = new BigInteger(
"5846006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// the cofactor
int h = 2;
int m = 163;
int[] ks = { 7, 6, 3 };
ECFieldF2m ecField = new ECFieldF2m(m, ks);
// y^2+xy=x^3+x^2+1
BigInteger a = new BigInteger("1", 2);
BigInteger b = new BigInteger("1", 2); EllipticCurve ellipticCurve = new EllipticCurve(ecField, a, b); ECParameterSpec ecParameterSpec = new ECParameterSpec(ellipticCurve, g,
n, h);
// 公钥
ECPublicKey publicKey = new ECPublicKeyImpl(g, ecParameterSpec); BigInteger s = new BigInteger(
"1234006549323611672814741753598448348329118574063", 10);
// 私钥
ECPrivateKey privateKey = new ECPrivateKeyImpl(s, ecParameterSpec); Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2); keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey); return keyMap;
} public static byte[] decryptBASE64(String data) {
return Base64.decodeBase64(data);
} public static String encryptBASE64(byte[] data) {
return new String(Base64.encodeBase64(data));
}
}

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。
测试示例

package com.jd.order.util.encryption; import static org.junit.Assert.assertEquals; import java.util.Map; import org.junit.Test; public class ECCCoderTest { @Test
public void test() throws Exception {
String inputStr = "abc";
byte[] data = inputStr.getBytes(); Map<String, Object> keyMap = ECCCoder.initKey(); String publicKey = ECCCoder.getPublicKey(keyMap);
String privateKey = ECCCoder.getPrivateKey(keyMap);
System.err.println("公钥: \n" + publicKey);
System.err.println("私钥: \n" + privateKey); byte[] encodedData = ECCCoder.encrypt(data, publicKey); byte[] decodedData = ECCCoder.decrypt(encodedData, privateKey); String outputStr = new String(decodedData);
System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密后: " + outputStr);
assertEquals(inputStr, outputStr);
} }

输出

公钥:
MEAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEDLAAEAv4TwFN7vBGsqgfXk95ObV5clO7oAokHD7BdOP9YMh8ugAU21TjM2qPZ
私钥:
MDICAQAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEEGzAZAgEBBBTYJsR3BN7TFw7JHcAHFkwNmfil7w==
加密前: abc 解密后: abc

参考文档
http://snowolf.iteye.com/blog/383412
http://baike.baidu.com/item/%E6%A4%AD%E5%9C%86%E5%8A%A0%E5%AF%86%E7%AE%97%E6%B3%95/10305582?sefr=cr
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