信息加密系统设计（依托Java平台安全包）
这是加密系统设计的一个示例
一、目的与要求
（一）目的
通过实践，了解运用相应密码算法，设计并实现一个加密系统的全过程，掌握设计和实现信息安全系统的基本手段和常用方法，提高学生的动手能力和分析、解决问题的能力。
（二）要求
选择具有代表性的密码算法，要求使用DES、3DES或AES作为对称密码算法，实现文件加密解密功能。密钥可以随机或人为生成，密钥的分配可以考虑使用公钥密码体制。使用散列函数确保文件的完整性。
二、实验内容：
使用Java平台所带的安全包，设计并实现一个加密系统，使之能够产生并管理密钥、加密文件、解密文件。
一、消息摘要方法设计
完整源代码：
/* * @author W-nut * FileInfo:验证数据完整性的方法一：消息摘要法 */package appFunction;import java.security.MessageDigest;public class CreateMessageDigest{ //方法描述：将可变长度的消息映射为固定长度的Hash值或消息摘要 //方法参数：s_algorithm:映射时使用的安全哈希算法（SHA），可任意选择测试;s_message:待发送的信息 //方法返回：生成的消息摘要 public byte[] createMyMessageDigest(String s_algorithm,String s_message) { try { //生成一个MessageDigest类,确定计算方法 MessageDigest mda = MessageDigest.getInstance(s_algorithm); //添加要进行计算摘要A的信息 mda.update(s_message.getBytes()); //保存摘要到字节数组中 byte[] digestA=mda.digest(); System.out.println("本信息摘要是:" Conversion.byteArrayToHexString(digestA)); //return Conversion.byteArrayToHexString(digestA); return digestA; } catch (java.security.NoSuchAlgorithmException e) { System.out.println("非法摘要算法!"); } return null; } //方法描述：验证消息摘要 //方法参数：s_algorithm:映射时使用的安全哈希算法（SHA）;s_message:待发送的信息;s_digestA:别人生成的消息摘要 public void checkMessageDigest(String s_algorithm,String s_message,byte[] s_digestA) { try { //其他人通过相同方法计算出消息摘要，与原消息摘要比对，判断数据是否完整 MessageDigest mdb = MessageDigest.getInstance(s_algorithm); //添加要进行计算摘要B的信息 mdb.update(s_message.getBytes()); byte[] digestB=mdb.digest(); //比较字节数组内容是否相等 if (MessageDigest.isEqual(s_digestA,digestB)) System.out.println("信息检查正常!\n"); else System.out.println("摘要不相同!\n"); } catch(java.security.NoSuchAlgorithmException e) { System.out.println("非法摘要算法!"); } }}以上为交互接口，可以写一点代码测试一下：
/** @author W-nut*/package appEntrance;import appFunction.*;public class ProgramEntrance{ public static void main(String[] args) { String algorithm_MessageDigest="SHA-1";//安全哈希算法 String message="info";//待验证的信息 byte []messageDigest;//生成的消息摘要数组 CreateMessageDigest messageAbstract=new CreateMessageDigest(); //生成自己的消息摘要 messageDigest= messageAbstract.createMyMessageDigest(algorithm_MessageDigest,message); //消息发送给别人，别人验证消息是否完整 messageAbstract.checkMessageDigest(algorithm_MessageDigest,message,messageDigest); }}运行结果:
二、数字签名方法设计
完整源代码：
/* * @author W-nut * FileInfo:验证数据完整性方法二：数字签名法 */package appFunction;import java.security.*;public class CreateDSA{ //测试一下下 public void testKeyPair(String s_info,String s_algorithm) { KeyPair keyPair=generateKeyPair(s_algorithm); byte [] signature=performSigning(s_info,s_algorithm,keyPair); performVerification(s_info,s_algorithm,signature,keyPair.getPublic()); } //方法说明：生成保存用户特定算法的密钥对生成器 //方法参数：algorithm:特定算法 //方法返回：生成的密钥对 private static KeyPair generateKeyPair(String algorithm) { try { //保存生成一个密钥对生成器KeyPairGenerator实例 KeyPairGenerator kg = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm); System.out.println("正在生成密钥对......"); kg.initialize(512);//初始化确定密钥大小的密钥对生成器 return kg.genKeyPair();//每次调用此方法都将生成新的密钥对 } catch(Exception e) { System.exit(0); } return null; } //方法说明：用私钥和加密信息生成签名数组 //方法参数：info:加密信息,algorithm:生成密钥对使用的加密算法,keyPair:用户的密钥对 //方法返回：由私钥和信息组成的签名数组 private static byte[] performSigning(String info,String algorithm,KeyPair keyPair) { try { //生成密钥公钥publicKey和私钥privateKey PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate(); PublicKey publicKey = keyPair.getPublic(); //用私人密钥(privateKey)对所确认的信息(info)进行数字签名产生一个签名数组 Signature sign = Signature.getInstance(algorithm);//特定算法签名 sign.initSign(privateKey); //用该用户的私钥初始一个Signature对象 sign.update(info.getBytes()); //用该用户的加密信息更新一个Signature对象 System.out.println("正在生成签名......"); byte[] b = sign.sign(); //生成签名数组 System.out.println("\nMessage: " info); System.out.println("Private key:\n" Conversion.byteArrayToBase64String(privateKey.getEncoded())); System.out.println("Public key:\n" Conversion.byteArrayToBase64String(publicKey.getEncoded())); System.out.println("Signature:\n" Conversion.byteArrayToBase64String(b)); return b; } catch(Exception e) { System.exit(0); } return null; } //方法说明：用公钥和加密信息验证签名数组 //方法参数：info:加密信息 ,algorithm:生成密钥对的特定算法,signature[]:该用户的签名数组,publicKey:该用户的公钥 private static void performVerification(String info, String algorithm,byte[] signature, PublicKey publicKey) { try { Signature sign = Signature.getInstance(algorithm); System.out.println("\n正在验证签名......"); sign.initVerify(publicKey);//使用该用户的公钥初始化一个Signature对象 sign.update(info.getBytes());//使用该用户的加密信息更新一个Signature对象 if(sign.verify(signature)) System.out.println("Signature verified!"); else System.out.println("Signature NOT verified!"); } catch(Exception e) { System.exit(0); } }}测试一下下：
/** @author W-nut*/package appEntrance;import appFunction.*;public class ProgramEntrance{ public static void main(String[] args) { String message="info";//待验证的信息 String algorithm_KeyPair="DSA"; //生成数字签名并验证 CreateDSA createDSA=new CreateDSA(); createDSA.testKeyPair(message,algorithm_KeyPair); }}运行结果：
三、DES加密
献上小弟的源代码:
/* * @author W-nut *FileInfo:DES算法加密 */package appFunction;import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import java.nio.charset.StandardCharsets;import java.security.Key;public class EncryptDES{ public static void main(String[] args) { testEncryptDES("这真的是明文！"); } public static void testEncryptDES(String s_plainText) { try { byte[] plainText =s_plainText.getBytes(); //获取DES密钥并保存 System.out.println("\n开始生成DES密钥！"); KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("DES"); keyGen.init(56); Key key = keyGen.generateKey(); System.out.println("DES密钥生成结束！"); //获取DES密文实例并打印provider Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES"); System.out.println("\n" cipher.getProvider().getInfo()); //用DES密钥加密明文plainText,生成密文cipherText System.out.println("\n加密开始\n"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText); System.out.println("加密结束: "); System.out.println(new String(cipherText, StandardCharsets.UTF_8)); //用DES密钥解密密文 System.out.println("\n解密开始\n"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); byte[] newPlainText = cipher.doFinal(cipherText); System.out.println("解密结束: "); System.out.println(new String(newPlainText, StandardCharsets.UTF_8)); } catch(Exception e) { System.exit(0); } }}运行结果：
四、Diffie-Hellman密钥交换协议
/* * @author W-nut */package appFunction;import javax.crypto.KeyAgreement;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;import java.security.KeyPair;import java.security.KeyPairGenerator;public class KeyChange{ public static void main(String[] args) { try { // Generate key pair for 1 System.out.println("1 is generating a key pair"); KeyPairGenerator kpg1 = KeyPairGenerator.getInstance("DH"); kpg1.initialize(512); KeyPair kp1 = kpg1.generateKeyPair(); // Create a KeyAgreement object using the private key System.out.println("1 is creating a key agreement object"); KeyAgreement ka1 = KeyAgreement.getInstance("DH"); DHPrivateKey privateKey1 = (DHPrivateKey) kp1.getPrivate(); DHPublicKey publicKey1 = (DHPublicKey) kp1.getPublic(); ka1.init(privateKey1); System.out.println("1 is using " publicKey1.getY() " for its public key"); // Generate key pair for 2 System.out.println("2 is generating a key pair"); DHParameterSpec dhParamSpec = publicKey1.getParams(); KeyPairGenerator kpg2 = KeyPairGenerator.getInstance("DH"); kpg2.initialize(dhParamSpec); KeyPair kp2 = kpg2.generateKeyPair(); // Create a KeyAgreement object using the private key System.out.println("2 is creating a key agreement object"); KeyAgreement ka2 = KeyAgreement.getInstance("DH"); DHPrivateKey privateKey2 = (DHPrivateKey) kp2.getPrivate(); DHPublicKey publicKey2 = (DHPublicKey) kp2.getPublic(); ka2.init(privateKey2); System.out.println("2 is using " publicKey2.getY() " for its public key"); // Use the KeyAgreement object of 1 to generate its shared key ka1.doPhase(publicKey2,true); SecretKey sharedKey1 = ka1.generateSecret("DES"); System.out.println("1 is using " Conversion.byteArrayToHexString(sharedKey1.getEncoded()) " as its DES session key"); // Use the KeyAgreement object of 2 to generate its shared key ka2.doPhase(publicKey1,true); SecretKey sharedKey2 = ka2.generateSecret("DES"); System.out.println("2 is using " Conversion.byteArrayToHexString(sharedKey2.getEncoded()) " as its DES session key"); } catch(Exception e) { System.out.println("出错啦！！！"); } }}这里小弟就不运行啦！
部分文件用到的Conversion类型转换类：
/* * @author W-nut *FileInfo:类型转换 */package appFunction;import java.util.Base64;public class Conversion{ //方法说明：字节数组转换成字符串 public static String byteArrayToHexString(byte [] digestA) { StringBuilder sb =new StringBuilder(); for (byte value : digestA) { int temp = value & 0xFF; sb.append(Integer.toHexString(temp)); } return sb.toString(); } //方法说明：base64编码转换成字符串 public static String byteArrayToBase64String(byte [] keyInfo) { return Base64.getEncoder().encodeToString(keyInfo); }}mua~
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