【实习项目记录】(一)加密算法MD5和RSA

什么是md5加密？

MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MIT Laboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest开发出来，经MD2、MD3和MD4发展而来。

MD5加密是一个比较常用的算法，最常见的使用场景就是在帐号注册时，用户输入的密码经md5加密后，传输至服务器保存起来。

MD5用途：
    1、防止被篡改：
    1）比如发送一个电子文档，发送前，我先得到MD5的输出结果a。然后在对方收到电子文档后，对方也得到一个MD5的输出结果b。如果a与b一样就代表中途未被篡改。2）比如我提供文件下载，为了防止不法分子在安装程序中添加木马，我可以在网站上公布由安装文件得到的MD5输出结果。3）SVN在检测文件是否在CheckOut后被修改过，也是用到了MD5.

2、防止直接看到明文：
    现在很多网站在数据库存储用户的密码的时候都是存储用户密码的MD5值。这样就算不法分子得到数据库的用户密码的MD5值，也无法知道用户的密码(其实这样是不安全的，后面我会提到)。（比如在UNIX系统中用户的密码就是以MD5（或其它类似的算法）经加密后存储在文件系统中。当用户登录的时候，系统把用户输入的密码计算成MD5值，然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。这不但可以避免用户的密码被具有系统管理员权限的用户知道，而且还在一定程度上增加了密码被破解的难度。）

3、防止抵赖（数字签名）：
    这需要一个第三方认证机构。例如A写了一个文件，认证机构对此文件用MD5算法产生摘要信息并做好记录。若以后A说这文件不是他写的，权威机构只需对此文件重新产生摘要信息，然后跟记录在册的摘要信息进行比对，相同的话，就证明是A写的了。这就是所谓的“数字签名”。

MD5算法

首先MD5是不可逆的，只能加密而不能解密。比如明文是yanzi1225627,得到MD5加密后的字符串是:14F2AE15259E2C276A095E7394DA0CA9  但不能由后面一大串倒推出yanzi1225627.因此可以用来存储用户输入的密码在服务器上。现在下载文件校验文件是否中途被篡改也是用的它，原理参见：http://blog.csdn.net/forgotaboutgirl/article/details/7258109 无论在Android上还是pc上用java实现MD5都比较容易，因为java已经把它做到了java.security.MessageDigest里。下面是一个MD5Util.java类：

package org.md5.util;

import java.security.MessageDigest;
public class MD5Util {
    public final static String getMD5String(String s) {
        char hexDigits[] = { '0', '1', '2', '3', '4',
                '5', '6', '7', '8', '9',
                'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
        try {
            byte[] btInput = s.getBytes();
            //获得MD5摘要算法的 MessageDigest 对象
            MessageDigest mdInst = MessageDigest.getInstance("MD5");
            //使用指定的字节更新摘要
            mdInst.update(btInput);
            //获得密文
            byte[] md = mdInst.digest();
            //把密文转换成十六进制的字符串形式
            int j = md.length;
            char str[] = new char[j * 2];
            int k = 0;
            for (int i = 0; i < j; i++) {
                byte byte0 = md[i];
                str[k++] = hexDigits[byte0 >>> 4 & 0xf];
                str[k++] = hexDigits[byte0 & 0xf];
            }
            return new String(str);
        }
        catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String srcString = "yanzi1225627";
        System.out.println("MD5加密后=" + MD5Util.getMD5String(srcString));
    }

}

结果

MD5加密后=14F2AE15259E2C276A095E7394DA0CA9

private static final char HEX_DIGITS[] = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9',
        'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
public static String toHexString(byte[] b) {
    //String to  byte
    StringBuilder sb = new StringBuilder(b.length * 2);
    for (int i = 0; i < b.length; i++) {
        sb.append(HEX_DIGITS[(b[i] & 0xf0) >>> 4]);
        sb.append(HEX_DIGITS[b[i] & 0x0f]);
    }
    return sb.toString();
}
public String md5(String s) {
    try {
        // Create MD5 Hash
        MessageDigest digest = java.security.MessageDigest.getInstance("MD5");
        digest.update(s.getBytes());
        byte messageDigest[] = digest.digest();  

        return toHexString(messageDigest);
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        e.printStackTrace();
    }  

    return "";
}  

二、RSA加密

RSA是可逆的，一个字符串可以经rsa加密后，经加密后的字符串传到对端如服务器上，再进行解密即可。前提是服务器知道解密的私钥，当然这个私钥最好不要再网络传输。RSA算法描述中需要以下几个变量:

1、p和q 是不相等的，足够大的两个质数。 p和q是保密的

2、n = p*q n是公开的

3、f(n) = (p-1)*(q-1)

4、e 是和f(n)互质的质数

5、计算参数d

6、经过上面5步计算得到公钥KU=(e,n) 私钥KR=(d,n)

下面两篇文章对此有清晰的描述:

http://wenku.baidu.com/view/e53fbe36a32d7375a417801b.html

http://bank.hexun.com/2009-06-24/118958531.html

RSA 工具类。提供加密，解密，生成密钥对等方法。
 需要到http://www.bouncycastle.org下载bcprov-jdk14-123.jar。
 RSA加密原理概述
 RSA的安全性依赖于大数的分解，公钥和私钥都是两个大素数（大于100的十进制位）的函数。
 据猜测，从一个密钥和密文推断出明文的难度等同于分解两个大素数的积
 ===================================================================
 （该算法的安全性未得到理论的证明）
 ===================================================================
 密钥的产生：
 1.选择两个大素数 p,q ,计算 n=p*q;
 2.随机选择加密密钥 e ,要求 e 和 (p-1)*(q-1)互质
 3.利用 Euclid 算法计算解密密钥 d , 使其满足 e*d = 1(mod(p-1)*(q-1)) (其中 n,d 也要互质)
 4:至此得出公钥为 (n,e) 私钥为 (n,d)
 ===================================================================
 加解密方法：
 1.首先将要加密的信息 m(二进制表示) 分成等长的数据块 m1,m2,...,mi 块长 s(尽可能大) ,其中 2^s<n
 2:对应的密文是： ci = mi^e(mod n)
 3:解密时作如下计算： mi = ci^d(mod n)
 ===================================================================
 RSA速度
 由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上100倍，无论 是软件还是硬件实现。
 速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据 加密。

下面是java实现RSAUtil.java类:

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.interfaces.RSAPrivateCrtKey;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.RSAPrivateKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;

import javax.crypto.Cipher;

public class RSAUtil {
    private KeyPair keyPair = null;

    public RSAUtil() {
        try {
            this.keyPair = this.generateKeyPair();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 生成密钥对
    private KeyPair generateKeyPair() throws Exception {
        try {
            KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA",
                    new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());
            // 这个值关系到块加密的大小，可以更改，但是不要太大，否则效率会低
            final int KEY_SIZE = 1024;
            keyPairGen.initialize(KEY_SIZE, new SecureRandom());
            KeyPair keyPair = keyPairGen.genKeyPair();
            return keyPair;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e.getMessage());
        }
    }

    // 生成公钥
    RSAPublicKey generateRSAPublicKey(byte[] modulus, byte[] publicExponent)
            throws Exception {
        KeyFactory keyFac = null;
        try {
            keyFac = KeyFactory.getInstance("RSA",
                    new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());

        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            throw new Exception(ex.getMessage());
        }
        RSAPublicKeySpec pubKeySpec = new RSAPublicKeySpec(new BigInteger(
                modulus), new BigInteger(publicExponent));
        try {
            return (RSAPublicKey) keyFac.generatePublic(pubKeySpec);
        } catch (InvalidKeySpecException ex) {
            throw new Exception(ex.getMessage());
        }
    }

    // 生成私钥
    private RSAPrivateKey generateRSAPrivateKey(byte[] modulus,
            byte[] privateExponent) throws Exception {
        KeyFactory keyFac = null;
        try {
            keyFac = KeyFactory.getInstance("RSA",
                    new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());

        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
            throw new Exception(ex.getMessage());
        }
        RSAPrivateKeySpec priKeySpec = new RSAPrivateKeySpec(new BigInteger(
                modulus), new BigInteger(privateExponent));
        try {
            return (RSAPrivateKey) keyFac.generatePrivate(priKeySpec);
        } catch (InvalidKeySpecException ex) {
            throw new Exception(ex.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 加密 key 加密的密钥 data 待加密的明文数据 return 加密后的数据
     * */
    public byte[] encrypt(Key key, byte[] data) throws Exception {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA",
                    new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            // 获得加密块大小，如:加密前数据为128个byte，而key_size=1024 加密块大小为127
            // byte,加密后为128个byte;
            // 因此共有2个加密块，第一个127 byte第二个为1个byte
            int blockSize = cipher.getBlockSize();
            int outputSize = cipher.getOutputSize(data.length);
            int leavedSize = data.length % blockSize;
            int blocksSize = leavedSize != 0 ? data.length / blockSize + 1
                    : data.length / blockSize;
            byte[] raw = new byte[outputSize * blocksSize];
            int i = 0;
            while (data.length - i * blockSize > 0) {
                if (data.length - i * blockSize > blockSize)
                    cipher.doFinal(data, i * blockSize, blockSize, raw, i
                            * outputSize);
                else
                    cipher.doFinal(data, i * blockSize, data.length - i
                            * blockSize, raw, i * outputSize);
                // 这里面doUpdate方法不可用，查看源代码后发现每次doUpdate后并没有什么实际动作除了把byte[]放到ByteArrayOutputStream中
                // ，而最后doFinal的时候才将所有的byte[]进行加密，可是到了此时加密块大小很可能已经超出了OutputSize所以只好用dofinal方法。
                i++;
            }
            return raw;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e.getMessage());
        }
    }

    /**
     * encrypt 解密
     *
     * @param key
     *            解密的密钥
     * @param raw
     *            已经加密的数据
     * @return 解密后的明文
     * @throws Exception
     */
    public byte[] decrypt(Key key, byte[] raw) throws Exception {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA",
                    new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider());
            cipher.init(cipher.DECRYPT_MODE, key);
            int blockSize = cipher.getBlockSize();
            ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream(64);
            int j = 0;
            while (raw.length - j * blockSize > 0) {
                bout.write(cipher.doFinal(raw, j * blockSize, blockSize));
                j++;
            }
            return bout.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e.getMessage());
        }
    }

    /**
     * 返回公钥
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public RSAPublicKey getRSAPublicKey() throws Exception {

        // 获取公钥
        RSAPublicKey pubKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        // 获取公钥系数(字节数组形式)
        byte[] pubModBytes = pubKey.getModulus().toByteArray();
        // 返回公钥公用指数(字节数组形式)
        byte[] pubPubExpBytes = pubKey.getPublicExponent().toByteArray();
        // 生成公钥
        RSAPublicKey recoveryPubKey = this.generateRSAPublicKey(pubModBytes,
                pubPubExpBytes);
        return recoveryPubKey;
    }

    /**
     * 获取私钥
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public RSAPrivateKey getRSAPrivateKey() throws Exception {
        // 获取私钥
        RSAPrivateKey priKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        // 返回私钥系数(字节数组形式)
        byte[] priModBytes = priKey.getModulus().toByteArray();
        // 返回私钥专用指数(字节数组形式)
        byte[] priPriExpBytes = priKey.getPrivateExponent().toByteArray();
        // 生成私钥
        RSAPrivateKey recoveryPriKey = this.generateRSAPrivateKey(priModBytes,
                priPriExpBytes);
        return recoveryPriKey;
    }
}

测试代码：

import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            RSAUtil rsa = new RSAUtil();
            String str = "yanzi1225627";
            RSAPublicKey pubKey = rsa.getRSAPublicKey();
            RSAPrivateKey priKey = rsa.getRSAPrivateKey();
            byte[] enRsaBytes = rsa.encrypt(pubKey, str.getBytes());
            String enRsaStr = new String(enRsaBytes, "UTF-8");
            System.out.println("加密后==" + enRsaStr);
            System.out.println("解密后=="
                    + new String(rsa.decrypt(priKey,
                            rsa.encrypt(pubKey, str.getBytes()))));

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

所需的jar包下载地址：

链接：http://pan.baidu.com/s/1mgH0LUo 密码：mj2l

参考：http://blog.csdn.net/yanzi1225627/article/details/26508035