GalaxyPilot —— D.S

( 史帝芬 , idealist@gcn.net.tw)

1. 密碼學(xué)簡(jiǎn)介 – 加密與解密?
??? 加密是一個(gè)將欲加密的資料用一些數(shù)學(xué)運(yùn)算轉(zhuǎn)成一團(tuán)令人看不懂的東西的過(guò)程 ; 解密則是將加密文轉(zhuǎn)換回原始文字的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程中，扮演原始文字與加密文字之間轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)算法稱為 Cipher 。

??? 現(xiàn)代的 Cipher 多半會(huì)用 Key 來(lái)加密與解密資料。所謂 Key 是指一個(gè)機(jī)密值，我們可將它視為一通行密碼。加密文字必需使用對(duì)映的 Key 才能解密為原始文字。
　　 A. 對(duì)稱型 Cipher
對(duì)稱型 Cipher 在傳送端與接收端所用的 Key 是一樣的， 對(duì)稱型 Cipher 又叫 Private Key Cipher ，因?yàn)?/span> Key 的值只有傳送端和接收端知道。如果有第三者知道了 Private Key 值，也就能解開(kāi)加密的資料。

　　 B. 非對(duì)稱型 Cipher
非對(duì)稱型的 Cipher 又叫 Public Key Cipher ， Cipher 除了 Private Key 外，還會(huì)引進(jìn)一可以隨意散發(fā)的 Public Key 。被 Public Key 加密的資料只有相對(duì)映的 Private Key 可以解開(kāi)，同樣的被 Private Key 加密的資料也只有相對(duì)映的 Public Key 可以解開(kāi)。 ?

　　 C. 訊息摘要 (Message Digest)
訊息摘要是從一組輸入資料計(jì)算所得的一個(gè)特別數(shù)字，其原理運(yùn)作就如 hash function 一般。在密碼學(xué)的運(yùn)用里，一般是用來(lái)驗(yàn)證資料是否被竄改。

2. JCE 下載
因?yàn)槊绹?guó)法規(guī)的限制， Sun 在 JDK 里只提供了少數(shù)的加密方法，其余大部份則只在 SunJCE 里提供，而且 SunJCE 的 API 限制只有美國(guó)、加拿大地區(qū)可以下載。表 1 為 Sun 及 SunJCE 分別支持的加密算法。

表 1 Sun 及 SunJCE 支持的加密算法

雖然美國(guó)法規(guī)有這樣的限定，但是在美國(guó)境外也已經(jīng)有廠商實(shí)作出 JCE ，并且可以在網(wǎng)絡(luò)上直接下載，表 2 就是下載網(wǎng)址的列表。

表 2 JCE 軟件下載網(wǎng)址

3. JCE 安裝

• 解壓縮到 JDK 目錄下
• Set ClassPath= C:\JDK\bin\cryptix-jce-api.jar;C:\JDK\bin\cryptix-jce-compat.jar;C:\JDK\bin\cryptix-jce-provider.jar …
• 在 JDK/lib/security/java.security 中加入
  security.provider.1=sun.security.provider.Sun ( 原來(lái)就有的 )
  security.provider.2=cryptix.jce.provider.Cryptix ( 加入 )

4. 程序范例
在舉例之前，我先完成一個(gè)公用類別，用來(lái)將字符串轉(zhuǎn)成十六進(jìn)制表示法。
public class Msg {
　 public static String toHexString(byte[] b) {
　　 StringBuffer hexString = new StringBuffer();
　　 String plainText;

　　 for (int i = 0; i < b.length; i++) {
　　　 plainText = Integer.toHexString(0xFF & b[i]);
　　　 if (plainText.length() < 2) {
　　　　 plainText = "0" + plainText;
　　　 }
　　　 hexString.append(plainText);
　　 }
　　 return hexString.toString();
　 }
}

5. 訊息摘要 (message digest, 以 SHA1 為例 )
　　產(chǎn)生訊息摘要的步驟 :

• 呼叫 getInstance 取得 MessageDigest 實(shí)體
• 呼叫 update 將資料喂給 MessageDigest
• 呼叫 digest 產(chǎn)生訊息摘要

import java.security.*;

public class SHA extends Object {
　 public static void main(String[] args) throws Exception
　 {
　　 MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA");
　　 md.update(args[0].getBytes());
　　 byte[] digest = md.digest();
　　 System.out.println(Msg.toHexString(digest));
　 }
}

ps. 比較兩個(gè)訊息摘要是否相同時(shí)，可呼叫 isEqual 。

6. 訊息認(rèn)證碼 (MAC, 以 HmacSHA1 為例 )
訊息認(rèn)證碼只是在產(chǎn)生訊息摘要的過(guò)程里，加進(jìn)一把 key 做為保護(hù)，目的是使訊息摘要更難被破解。
　　產(chǎn)生訊息認(rèn)證碼的步驟 :

• 利用密碼產(chǎn)生一把 key
• 呼叫 getInstance 取得 Mac 實(shí)體
• 呼叫 init ，初始化 Mac
• 呼叫 update 喂資料給 Mac
• 呼叫 doFinal 產(chǎn)生訊息認(rèn)證碼

import java.security.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;

public class MacSHA {
　 public static void main(String[] args)
　 {
　　 SecureRandom sr = new SecureRandom();
　　 byte[] keyBytes = new byte[20];
　　 sr.nextBytes(keyBytes);
　　 SecretKey key = new SecretKeySpec(keyBytes, "HmacSHA");

　　 try {
　　　 Mac m = Mac.getInstance("HmacSHA");
　　　 m.init(key);
　　　 m.update(args[0].getBytes());
　　　 byte[] mac = m.doFinal();
　　　 System.out.println(Msg.toHexString(mac));
　　 }
　　 catch (Exception e) {
　　　 System.out.println("Exception!!");
　　 }
　 }
}


7. 加密與解密 ( 以 DES 為例 )
這里舉的加密 / 解密是屬對(duì)稱型 Cipher; 在金融交易里，常用對(duì)稱型 Cipher 來(lái)加 / 解密資料。
　　加密 / 解密的步驟 :

• 利用密碼產(chǎn)生一把 key
• 呼叫 getInstance 產(chǎn)生一個(gè) Cipher 對(duì)象
• 呼叫 init 設(shè)定為加密或解密
• 加密 / 解密

import java.io.*;
import java.security.*;
import javax.crypto.*;

public class PwdDES {
　 public static final int kBufferSize = 8192;

　 public static void main(String[] args) throws Exception {
　　 if (args.length < 4) {
　　　 System.out.println("Usage: java PwdDES -e|-d passwd inputfile outputfile");
　　　 return;
　　 }

　　 //Get or create key.

　　 Key key;

　　 KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("DES");
　　 generator.init(new SecureRandom(args[1].getBytes()));
　　 key = generator.generateKey();

　　 //Get a cipher object
　　 Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS#5");

　　 //Encrypt or decrypt
　　 if (args[0].indexOf("e") != -1)
　　　 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
　　 else
　　　 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);

　　 FileInputStream in = new FileInputStream(args[2]);
　　 FileOutputStream fileOut = new FileOutputStream(args[3]);
　　 CipherOutputStream out = new CipherOutputStream(fileOut, cipher);
　　 byte[] buffer = new byte[kBufferSize];
　　 int length;
　　 while ((length = in.read(buffer)) != -1)
　　　 out.write(buffer, 0, length);
　　 in.close();
　　 out.close();
　 }

}


8. 產(chǎn)生簽章與認(rèn)證 ( 以 DSA 為例 )
數(shù)字簽章常用在網(wǎng)絡(luò)上做個(gè)人身份確認(rèn)。
　　產(chǎn)生簽章的步驟 :

• 呼叫 getInstance 取得一個(gè) Signature 實(shí)體
• 呼叫 initSign 初始化 Signature
• 呼叫 sign 產(chǎn)生簽章

　　認(rèn)證的步驟 :

• 呼叫 getInstance 取得一個(gè) Signature 實(shí)體
• 呼叫 initVerify 初始化 Signature
• 呼叫 verify 認(rèn)證

Sample1: 產(chǎn)生 Private/Public Key

import java.security.*;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyPair;
import java.io.*;

public class KeyPair1 {

　 public static void main(String[] args)
　 {
　　 try {
　　　 KeyPairGenerator genKeyPair = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");
　　　 genKeyPair.initialize(1024, new SecureRandom());
　　　 KeyPair kpKey = genKeyPair.genKeyPair();
　　　 PrivateKey prKey = kpKey.getPrivate();
　　　 PublicKey puKey = kpKey.getPublic();

　　　 ObjectOutputStream osPrivate = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\Private.Key"));
　　　 ObjectOutputStream osPublic = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\Public.Key"));
　　　 osPrivate.writeObject(prKey);
　　　 osPublic.writeObject(puKey);

　　　 osPrivate.close();
　　　 osPublic.close();
　　 }
　　 catch (Exception e) {
　　　 System.out.println("Error");
　　 }
　 }
}

Sample2: 產(chǎn)生簽章與認(rèn)證

import java.io.*;
import java.security.*;
import java.security.Signature;
import java.security.cert.*;

public class GenSign {

　 public static void main(String[] args) throws Exception {
　　 String options = args[0];
　　 String messagefile = args[1];
　　 String signaturefile = args[2];

　　 Signature signature = Signature.getInstance("DSA");
　　 if (options.indexOf("s") != -1) {
　　　 ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\Private.key"));
　　　 PrivateKey priKey = (PrivateKey) is.readObject();
　　　 signature.initSign(priKey);
　　　 is.close();
　　 }
　　 else {
　　　 ObjectInputStream is = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\Public.key"));
　　　 PublicKey pubKey = (PublicKey) is.readObject();
　　　 signature.initVerify(pubKey);
　　　 is.close();
　　 }

　　 FileInputStream in = new FileInputStream(messagefile);
　　 byte[] buffer = new byte[8192];
　　 int length;
　　 while ((length = in.read(buffer))!= -1)
　　　 signature.update(buffer, 0, length);
　　 in.close();

　　 if (options.indexOf("s") != -1) {
　　　 FileOutputStream out = new FileOutputStream(signaturefile);
　　　 byte[] raw = signature.sign();
　　　 out.write(raw);
　　　 out.close();
　　 }
　　 else {
　　　 FileInputStream sigIn = new FileInputStream(signaturefile);
　　　 byte[] raw = new byte[sigIn.available()];
　　　 sigIn.read(raw);
　　　 sigIn.close();
　　　 if (signature.verify(raw))
　　　　 System.out.println("The signature is good.");
　　　 else
　　　　 System.out.println("The signature is bad.");
　　 }
　 }
}