Posted on 2006-11-03 20:11
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作者：李琴 李家明??
出處：計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)
?摘 要：本文首先分析了Java源代碼需要加密的原因，簡(jiǎn)要介紹了DES算法及Java密碼體系和Java密碼擴(kuò)展，最后說明了利用DES加密算法保護(hù)Java源代碼的方法及步驟。
關(guān)鍵詞 Java 加密 DES算法
Java語言是一種非常適用于網(wǎng)絡(luò)編程的語言，它的基本結(jié)構(gòu)與C++極為相似，但拋棄了C/C++中指針等內(nèi)容，同時(shí)它吸收了Smalltalk、C++面向?qū)ο蟮木幊趟枷搿Ｋ哂泻?jiǎn)單性、魯棒性、可移植性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得Java成為跨平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的一種規(guī)范，在世界范圍內(nèi)廣泛流傳。
加密Java源碼的原因
Java源代碼經(jīng)過編譯以后在JVM中執(zhí)行。由于JVM界面是完全透明的，Java類文件能夠很容易通過反編譯器重新轉(zhuǎn)換成源代碼。因此，所有的算法、類文件等都可以以源代碼的形式被公開，使得軟件不能受到保護(hù)，為了保護(hù)產(chǎn)權(quán)，一般可以有以下幾種方法：
（1）"模糊"類文件，加大反編譯器反編譯源代碼文件的難度。然而，可以修改反編譯器，使之能夠處理這些模糊類文件。所以僅僅依賴"模糊類文件"來保證代碼的安全是不夠的。
（2）流行的加密工具對(duì)源文件進(jìn)行加密，比如PGP（Pretty Good Privacy）或GPG（GNU Privacy Guard）。這時(shí)，最終用戶在運(yùn)行應(yīng)用之前必須先進(jìn)行解密。但解密之后，最終用戶就有了一份不加密的類文件，這和事先不進(jìn)行加密沒有什么差別。
（3）加密類文件，在運(yùn)行中JVM用定制的類裝載器（Class Loader）解密類文件。Java運(yùn)行時(shí)裝入字節(jié)碼的機(jī)制隱含地意味著可以對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行修改。JVM每次裝入類文件時(shí)都需要一個(gè)稱為ClassLoader的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象負(fù)責(zé)把新的類裝入正在運(yùn)行的JVM。JVM給ClassLoader一個(gè)包含了待裝入類（例如java.lang.Object）名字的字符串，然后由ClassLoader負(fù)責(zé)找到類文件，裝入原始數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)換成一個(gè)Class對(duì)象。
用戶下載的是加密過的類文件，在加密類文件裝入之時(shí)進(jìn)行解密，因此可以看成是一種即時(shí)解密器。由于解密后的字節(jié)碼文件永遠(yuǎn)不會(huì)保存到文件系統(tǒng)，所以竊密者很難得到解密后的代碼。
由于把原始字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象的過程完全由系統(tǒng)負(fù)責(zé)，所以創(chuàng)建定制ClassLoader對(duì)象其實(shí)并不困難，只需先獲得原始數(shù)據(jù)，接著就可以進(jìn)行包含解密在內(nèi)的任何轉(zhuǎn)換。
Java密碼體系和Java密碼擴(kuò)展
Java密碼體系(JCA)和Java密碼擴(kuò)展(JCE)的設(shè)計(jì)目的是為Java提供與實(shí)現(xiàn)無關(guān)的加密函數(shù)API。它們都用factory方法來創(chuàng)建類的例程，然后把實(shí)際的加密函數(shù)委托給提供者指定的底層引擎,引擎中為類提供了服務(wù)提供者接口在Java中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密/解密，是使用其內(nèi)置的JCE(Java加密擴(kuò)展)來實(shí)現(xiàn)的。Java開發(fā)工具集1.1為實(shí)現(xiàn)包括數(shù)字簽名和信息摘要在內(nèi)的加密功能，推出了一種基于供應(yīng)商的新型靈活應(yīng)用編程接口。Java密碼體系結(jié)構(gòu)支持供應(yīng)商的互操作,同時(shí)支持硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。
Java密碼學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循兩個(gè)原則:
(1)算法的獨(dú)立性和可靠性。
(2)實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立性和相互作用性。
算法的獨(dú)立性是通過定義密碼服務(wù)類來獲得。用戶只需了解密碼算法的概念,而不用去關(guān)心如何實(shí)現(xiàn)這些概念。實(shí)現(xiàn)的獨(dú)立性和相互作用性通過密碼服務(wù)提供器來實(shí)現(xiàn)。密碼服務(wù)提供器是實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)密碼服務(wù)的一個(gè)或多個(gè)程序包。軟件開發(fā)商根據(jù)一定接口,將各種算法實(shí)現(xiàn)后,打包成一個(gè)提供器,用戶可以安裝不同的提供器。安裝和配置提供器,可將包含提供器的ZIP和JAR文件放在CLASSPATH下,再編輯Java安全屬性文件來設(shè)置定義一個(gè)提供器。Java運(yùn)行環(huán)境Sun版本時(shí), 提供一個(gè)缺省的提供器Sun。
下面介紹DES算法及如何利用DES算法加密和解密類文件的步驟。
DES算法簡(jiǎn)介
DES（Data Encryption Standard）是發(fā)明最早的最廣泛使用的分組對(duì)稱加密算法。DES算法的入口參數(shù)有三個(gè)：Key、Data、Mode。其中Key為8個(gè)字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個(gè)字節(jié)64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密。
DES算法工作流程如下：若Mode為加密模式，則利用Key 對(duì)數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密， 生成Data的密碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果；如Mode為解密模式，則利用Key對(duì)密碼形式的數(shù)據(jù)Data進(jìn)行解密，還原為Data的明碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果。在通信網(wǎng)絡(luò)的兩端，雙方約定一致的Key，在通信的源點(diǎn)用Key對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行DES加密，然后以密碼形式在公共通信網(wǎng)（如電話網(wǎng)）中傳輸?shù)?a class="bluekey" target="_blank">通信網(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)，數(shù)據(jù)到達(dá)目的地后，用同樣的Key對(duì)密碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，便再現(xiàn)了明碼形式的核心數(shù)據(jù)。這樣，便保證了核心數(shù)據(jù)在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?br />
也可以通過定期在通信網(wǎng)絡(luò)的源端和目的端同時(shí)改用新的Key，便能更進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的保密性。
利用DES算法加密的步驟
（1）生成一個(gè)安全密鑰。在加密或解密任何數(shù)據(jù)之前需要有一個(gè)密鑰。密鑰是隨同被加密的應(yīng)用程序一起發(fā)布的一段數(shù)據(jù)，密鑰代碼如下所示。
【生成一個(gè)密鑰代碼】
//
?生成一個(gè)可信任的隨機(jī)數(shù)源
Secure?Random?sr?
=
?
new
?SecureRandom();
//
?為我們選擇的DES算法生成一個(gè)KeyGenerator對(duì)象
KeyGenerator?kg?
=
?KeyGenerator.getInstance?(
"
DES
"
?);
Kg.init?(sr);
//
?生成密鑰
Secret?Key?key?
=
?kg.generateKey();
//
?將密鑰數(shù)據(jù)保存為文件供以后使用，其中key?Filename為保存的文件名
Util.writeFile?(key?Filename,?key.getEncoded?()?);
2）加密數(shù)據(jù)。得到密鑰之后，接下來就可以用它加密數(shù)據(jù)。如下所示。
【用密鑰加密原始數(shù)據(jù)】
//?產(chǎn)生一個(gè)可信任的隨機(jī)數(shù)源
SecureRandom?sr?=?new?SecureRandom();
//從密鑰文件key?Filename中得到密鑰數(shù)據(jù)
Byte?rawKeyData?[]?=?Util.readFile?(key?Filename);
//?從原始密鑰數(shù)據(jù)創(chuàng)建DESKeySpec對(duì)象
DESKeySpec?dks?=?new?DESKeySpec?(rawKeyData);
//?創(chuàng)建一個(gè)密鑰工廠，然后用它把DESKeySpec轉(zhuǎn)換成Secret?Key對(duì)象
SecretKeyFactory?key?Factory?=?SecretKeyFactory.getInstance("DES"?);
Secret?Key?key?=?keyFactory.generateSecret(?dks?);
//?Cipher對(duì)象實(shí)際完成加密操作
Cipher?cipher?=?Cipher.getInstance(?"DES"?);
//?用密鑰初始化Cipher對(duì)象
cipher.init(?Cipher.ENCRYPT_MODE,?key,?sr?);
//?通過讀類文件獲取需要加密的數(shù)據(jù)
Byte?data?[]?=?Util.readFile?(filename);
//?執(zhí)行加密操作
Byte?encryptedClassData?[]?=?cipher.doFinal(data?);
//?保存加密后的文件，覆蓋原有的類文件。?
Util.writeFile(?filename,?encryptedClassData?); （3）解密數(shù)據(jù)。運(yùn)行經(jīng)過加密的程序時(shí)，ClassLoader分析并解密類文件。操作步驟如下所示。
【用密鑰解密數(shù)據(jù)】
//?生成一個(gè)可信任的隨機(jī)數(shù)源
SecureRandom?sr?=?new?SecureRandom();
//?從密鑰文件中獲取原始密鑰數(shù)據(jù)
Byte?rawKeyData[]?=?Util.readFile(?keyFilename?);
//?創(chuàng)建一個(gè)DESKeySpec對(duì)象
DESKeySpec?dks?=?new?DESKeySpec?(rawKeyData);
//?創(chuàng)建一個(gè)密鑰工廠，然后用它把DESKeySpec對(duì)象轉(zhuǎn)換成Secret?Key對(duì)象?
SecretKeyFactory?key?Factory?=?SecretKeyFactory.getInstance(?"DES"?);
SecretKey?key?=?keyFactory.generateSecret(?dks?);
//?Cipher對(duì)象實(shí)際完成解密操作
Cipher?cipher?=?Cipher.getInstance(?"DES"?);
//?用密鑰初始化Cipher對(duì)象
Cipher.init(?Cipher.DECRYPT_MODE,?key,?sr?);
//?獲得經(jīng)過加密的數(shù)據(jù)
Byte?encrypted?Data?[]?=?Util.readFile?(Filename);
//執(zhí)行解密操作
Byte?decryptedData?[]?=?cipher.doFinal(?encryptedData?);
//?然后將解密后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成原來的類文件。 將上述代碼與自定義的類裝載器結(jié)合就可以做到邊解密邊運(yùn)行，從而起到保護(hù)源代碼的作用。
結(jié)束語 加密/解密是數(shù)據(jù)傳輸中保證數(shù)據(jù)安全性和完整性的常用方法，Java語言因其平臺(tái)無關(guān)性，在Internet上的應(yīng)用非常之廣泛。使用DES算法加密Java源碼在一定程度上能保護(hù)軟件的產(chǎn)權(quán)。