常见加密相关算法简介
消息摘要算法
对称加密算法
非对称加密算法
国密算法
消息摘要算法：
相同的明文数据经过相同的消息摘要算法会得到相同的密文结果值。
数据经过消息摘要算法处理，得到的摘要结果值，是无法还原为处理前的数据的。
数据摘要算法也被称为哈希（Hash）算法或散列算法。
消息摘要算法一般用于签名验签。
消息摘要算法主要分三类：MD（Message Digest，消息摘要算法）、SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）和MAC（Message
Authentication Code，消息认证码算法）。
MD家族算法
MD（Message Digest，消息摘要算法）家族，包括MD2，MD4，MD5。
MD2，MD4，MD5 计算的结果都是是一个128位（即16字节）的散列值，用于确保信息传输完整一致。
MD2的算法较慢但相对安全，MD4速度很快，但安全性下降，MD5则比MD4更安全、速度更快。
MD5被广泛应用于数据完整性校验、数据（消息）摘要、数据加密等。
MD5，可以被破解，对于需要高度安全性的数据，专家一般建议改用其他算法，如SHA-2。2004年，证实MD5算法无法防止碰撞攻击，因此不适用于安全性认证，如SSL公开密钥认证或是数字签名等用途。
ShA家族算法
SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法），包括SHA-0、SHA-1、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384等)、SHA-3。它是在MD算法基础上实现的，与MD算法区别在于「摘要长度」，SHA 算法的摘要「长度更长，安全性更高」。
SHA-0发布之后很快就被NSA撤回，因为含有会降低密码安全性的错误，它是SHA-1的前身。
SHA-1在许多安全协议中广为使用，包括TLS、GnuPG、SSH、S/MIME和IPsec，是MD5的后继者。
SHA-2包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。它的算法跟SHA-1基本上相似，目前还没有出现明显弱点。
SHA-3是2015年正式发布，由于对「MD5出现成功的破解」，以及对SHA-0和SHA-1出现理论上破解的方法，SHA-3应运而生。它与之前算法不同的是，它是可替换的加密散列算法。
SHA-1、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384)等算法是比较常用的，我们来看看跟MD5的对比吧
MAC算法家族
MAC算法 MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法），是带密钥的Hash函数。输入密钥和消息，输出一个消息摘要。它集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。
MD 系列算法: HmacMD2、HmacMD4 和 HmacMD5 ；
SHA 系列算法：HmacSHA1、HmacSHA224、HmacSHA256、HmacSHA384 和 HmacSHA512 。
对称加密算法
加密和解密使用「相同密钥」的加密算法就是对称加密算法。常见的对称加密算法有AES、3DES、DES、RC5、RC6等。
DES
数据加密标准（英语：Data Encryption Standard，缩写为
DES）是一种对称密钥加密块密码算法。DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。Key: 7个字节共56位，是DES算法的工作密钥； Data: 8个字节64位，是要被加密或被解密的数据； Mode: 加密或解密。
3DES
三重数据加密算法（英语：Triple Data Encryption Algorithm，又称3DES（Triple
DES），是一种对称密钥加密块密码，相当于是对每个数据块应用三次数据加密标准（DES）算法。
AES
AES，高级加密标准（英语：Advanced Encryption
Standard），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。采用对称分组密码体制，密钥长度为 128 位、 192 位、256 位，分组长度128位 相对于DES ，AES具有更好的 安全性、效率 和灵活性。
非对称加密算法
非对称加密算法需要两个密钥：公钥和私钥。公钥与私钥是成对存在的，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密。主要的非对称加密算法有：RSA、Elgamal、DSA、D-H、ECC。
RSA算法
RSA加密算法是一种非对称加密算法,广泛应用于加密和数字签名
RSA算法原理：两个大素数的乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。
RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在，经历了各种攻击的考验，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
DSA
DSA(Digital Signature Algorithm,数字签名算法),也是一种非对称加密算法。
DSA和RSA区别在，DSA仅用于数字签名，不能用于数据加密解密。其安全性和RSA相当，但其性能要比RSA好。
ECC 算法
ECC（Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学），基于椭圆曲线加密。
Ecc主要优势是，在某些情况下，它比其他的方法使用更小的密钥，比如RSA加密算法，提供相当的或更高等级的安全级别。
它的一个缺点是，加密和解密操作的实现比其他机制时间长 (相比RSA算法，该算法对CPU 消耗严重)。
国密算法
国密即国家密码局认定的国产密码算法。为了保障商用密码的安全性，国家商用密码管理办公室制定了一系列密码标准，即SM1，SM2，SM3，SM4等国密算法。
SM1
SM1，为对称加密算法，加密强度为128位，基于硬件实现。 SM1的加密强度和性能，与AES相当。
SM2
SM2主要包括三部分：签名算法、密钥交换算法、加密算法 SM2用于替换RSA加密算法，基于ECC，效率较低。
SM3
SM3，即国产消息摘要算法。 适用于商用密码应用中的数字签名和验证，消息认证码的生成与验证以及随机数的生成。
SM4
SM4是一个分组算法，用于无线局域网产品。 该算法的分组长度为128比特，密钥长度为128比特。
加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。 解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
它的功能类似国际算法的DES。
加签验签相关Java的API
加签验签代码实现
前几个小节讨论完概念，是时候上代码实战了，我这边用的是SHA-256作为摘要算法，RSA作为签名验签算法，如下：
package pattern;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.*;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
/**
* 加签验签demo
* @Author 捡田螺的小男孩
*/
public class SignatureTest {
//公钥字符串
private static final String PUBLIC_KEY_STR = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDaJzVjC5K6kbS2YE2fiDs6H8pB\n" +
"JFDGEYqqJJC9I3E0Ebr5FsofdImV5eWdBSeADwcR9ppNbpORdZmcX6SipogKx9PX\n" +
"5aAO4GPesroVeOs91xrLEGt/arteW8iSD+ZaGDUVV3+wcEdci/eCvFlc5PUuZJou\n" +
"M2XZaDK4Fg2IRTfDXQIDAQAB";
//私钥字符串
private static final String PRIVATE_KEY_STR = "MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBANonNWMLkrqRtLZg\n" +
"TZ+IOzofykEkUMYRiqokkL0jcTQRuvkWyh90iZXl5Z0FJ4APBxH2mk1uk5F1mZxf\n" +
"pKKmiArH09floA7gY96yuhV46z3XGssQa39qu15byJIP5loYNRVXf7BwR1yL94K8\n" +
"WVzk9S5kmi4zZdloMrgWDYhFN8NdAgMBAAECgYA9bz1Bn0i68b2KfqRdgOfs/nbe\n" +
"0XNN1DLQp2t7WDfRCg01iI1zPkZgyFVZWtI85f5/uIrLs5ArLosL1oNuqqc0nNne\n" +
"CvJK+ZxvA98Hx3ZqYTzDnleR054YhofL5awbhSciYVic204DOG1rhSsYWMqtX7J7\n" +
"3geoWL7TYdMfYXcCAQJBAPMMKsz6ZJh98EeQ1tDG5gpAGWFQkYNrxZDelP/LjeO0\n" +
"TP3XkQnIpcaZoCs7V/rRGRGMWwQ2BUdc/01in89ZZ5ECQQDlx2oBc1CtOAm2UAhN\n" +
"1xWrPkZWENQ53wTrwXO4qbTGDfBKon0AehLlGCSqxQ71aufLkNO7ZlX0IHTAlnk1\n" +
"TvENAkAGSEQ69CXxgx/Y2beTwfBkR2/gghKg0QJUUkyLqBlMz3ZGAXJwTE1sqr/n\n" +
"HiuSAiGhwH0ByNuuEotO1sPGukrhAkAMK26a2w+nzPL+u+hkrwKPykGRZ1zGH+Cz\n" +
"19AYNKzFXJGgclCqiMydY5T1knBDYUEbj/UW1Mmyn1FvrciHoUG1AkAEMEIuDauz\n" +
"JabEAU08YmZw6OoDGsukRWaPfjOEiVhH88p00veM1R37nwhoDMGyEGXVeVzNPvk7\n" +
"cELg28MSRzCK";
public static void main(String[] args) throws SignatureException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, InvalidKeySpecException {
//原始报文
String plain = "欢迎大家关注我的公众号，捡田螺的小男孩";
//加签
byte[] signatureByte = sign(plain);
System.out.println("原始报文是:" + plain);
System.out.println("加签结果:");
System.out.println(new BASE64Encoder().encode(signatureByte));
//验签
boolean verifyResult = verify(plain, signatureByte);
System.out.println("验签结果:" + verifyResult);
}
/**
* 加签方法
* @param plain
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeyException
* @throws UnsupportedEncodingException
* @throws SignatureException
*/
private static byte[] sign(String plain) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, UnsupportedEncodingException, SignatureException {
//根据对应算法，获取签名对象实例
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA");
//获取私钥，加签用的是私钥，私钥一般是在配置文件里面读的，这里为了演示方便，根据私钥字符串生成私钥对象
PrivateKey privateKey = getPriveteKey(PRIVATE_KEY_STR);
//初始化签名对象
signature.initSign(privateKey);
//把原始报文更新到对象
signature.update(plain.getBytes("UTF-8"));
//加签
return signature.sign();
}
/**
* 验签方法
* @param plain
* @param signatureByte
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeyException
* @throws IOException
* @throws SignatureException
* @throws InvalidKeySpecException
*/
private static boolean verify(String plain, byte[] signatureByte) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, SignatureException, InvalidKeySpecException {
//获取公钥
PublicKey publicKey = getPublicKey(PUBLIC_KEY_STR);
//根据对应算法，获取签名对象实例
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA");
//初始化签名对象
signature.initVerify(publicKey);
//把原始报文更新到签名对象
signature.update(plain.getBytes("UTF-8"));
//进行验签
return signature.verify(signatureByte);
}
private static PublicKey getPublicKey(String publicKeyStr) throws InvalidKeySpecException, IOException {
PublicKey publicKey = null;
try {
java.security.spec.X509EncodedKeySpec bobPubKeySpec = new java.security.spec.X509EncodedKeySpec(
new BASE64Decoder().decodeBuffer(publicKeyStr));
// RSA对称加密算法
java.security.KeyFactory keyFactory;
keyFactory = java.security.KeyFactory.getInstance("RSA");
// 生成公钥对象
publicKey = keyFactory.generatePublic(bobPubKeySpec);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return publicKey;
}
private static PrivateKey getPriveteKey(String privateKeyStr) {
PrivateKey privateKey = null;
PKCS8EncodedKeySpec priPKCS8;
try {
priPKCS8 = new PKCS8EncodedKeySpec(new BASE64Decoder().decodeBuffer(privateKeyStr));
KeyFactory keyf = KeyFactory.getInstance("RSA");
privateKey = keyf.generatePrivate(priPKCS8);
} catch (IOException | NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
e.printStackTrace();
}
return privateKey;
}
}
加签结果:
Oz15/aybGe42eGHbc+iMoSYHSCc8tfRskTVjjGSTPD4HjadL0CC5JUWNUW0WxHjUb4MvxWo2oeWE
Qw0+m61d+JgBMto/TWcVDcgwL/AbObsbWdQ6E/fVRqG13clkE8MyKsjt9Z7tcbwpycYTv0rUR4co
rndAVfBdtv5KeV+OXqM= 验签结果:true
Reference
[1] 维基百科: https://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5[2] 百度百科: https://baike.baidu.com/
[3] 常用消息摘要算法简介: https://cloud.tencent.com/developer/article/1584742
[4] 浅谈常见的七种加密算法及实现:
https://juejin.im/post/5b48b0d7e51d4519962ea383#heading-12[5] 【易错概念】国密算法SM1（SCB2）、SM2、SM3、SM4、SM7、SM9、ZUC:
https://www.jianshu.com/p/8c3657a1769f