对称式加密与非对称式加密的对比

对称加密算法简单来说，就是传统的用一个密码来进行加密和解密。而非对称式加密则是加密和解密使用的是不同的密钥；要用一个公钥-私钥对才能正常进行加密解密。

对称式加密算法：

        从程序的角度看，加密就是接收密码和明文，然后输出密文。 解密就是接收密码和密文，输出明文。

常用的对称加密算法有：

 由于DES已经不常用了，在这里我们以最广泛的AES加密算法的常见工作模式ECB和CBC为例，看一下对称加密的过程和程序代码。

ECB工作模式：（最简单的AES加密的工作模式）

1、准备原文和128位密钥的byte[] 数组。

2、然后进入正式的加密环节，创建密码对象Cipher，需要传入的参数数（算法，工作模式，填充模式）

3、根据key的字节内容，初始化一个SecretKey实例，恢复密钥对象（key，算法名称）

4、初始化密钥，使用SecretKey初始化cipher实例并设置加密或解密模式（加密/解密，SecretKey）

5、根据原始字节内容，进行加密/解密cipher. doFinal(明文/密文)

import java.security.*;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 原文:
        String message = "Hello, world!";
        System.out.println("Message(原始信息): " + message);
        
        // 128位密钥 = 16 bytes Key:
        byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();
        
        // 调用加密方法:
        byte[] data = message.getBytes();
        byte[] encrypted = encrypt(key, data);
        System.out.println("Encrypted(加密内容): " + 
        					Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
        
        // 调用解密方法:
        byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
        System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));
    }

    // 加密:
    public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
    	// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
    	
        // 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
        SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        
        // 初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_MODE
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        
        // 根据原始内容(字节),进行加密
        return cipher.doFinal(input);
    }

    // 解密:
    public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
    	// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
    	Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        
    	// 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
        SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        
        // 初始化秘钥:设置解密模式DECRYPT_MODE
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        
        // 根据原始内容(字节),进行解密
        return cipher.doFinal(input);
    }
}

 CBC工作模式：

使用CBC需要一份随机数作为IV参数，对于同一份明文，每次生成的密文都不同。

    // 加密:
    //调用加密方法时时分别传入原文和密钥的byte[] 数组
    public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
        // 设置算法/工作模式CBC/填充
    	Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    	
    	// 恢复秘钥对象
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        
        // CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:
        SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
        byte[] iv = sr.generateSeed(16); // 生成16个字节的随机数
        System.out.println(Arrays.toString(iv));//打印观察随机数组
        IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 随机数封装成IvParameterSpec参数对象
        
        // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);
        
        // 加密
        byte[] data = cipher.doFinal(input);
        
        // IV不需要保密，把IV和密文一起返回:
        return join(iv, data);
    }


    // 解密:
    public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
        // 把input分割成IV和密文:
        byte[] iv = new byte[16];
        byte[] data = new byte[input.length - 16];
        
        System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16); // IV
        System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length); //密文
        System.out.println(Arrays.toString(iv));
        
        // 解密:
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); // 密码对象
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES"); // 恢复秘钥
        IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv); // 恢复IV
        
        // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);
        
        // 解密操作
        return cipher.doFinal(data);
    }
    
    // 合并数组
    public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
        byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length];
        System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
        System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
        return r;
    }

使用对称加密算法需要指定算法名称、工作模式、填充模式。

 在对称加密算法过程中，除了密文，还需要传递密钥，顺带叙述以下密钥交换算法的实现过程，密钥交换，顾名思义，就是传输密钥：假设了两个人，Alice和Bob；Alice和Bob分别有一个私钥a和b，且都分别通过自己的私钥算出了公钥A和公钥B，再把自己的公钥发给对方，这样Alice就有了自己的私钥a和Bob的公钥B；Bob有了私钥b和Alice的公钥A；最后，他们分别根据自己持有的值 通过计算得出了共享密钥。他们的私钥都没有在网络上传输，但可以通过公钥传输计算，最后得到了相同的密钥。（配合如下图示理解密钥交换的过程）

 非对称加密算法：

        非对称加密算法，是使用公钥-私钥对来完成，即加密和解密使用不同的密钥。 大概意思是，假如你要给别人传文件，你需要先拿到对方的公钥，用对方的公钥加密，然后传给对方，那么这个文件就只能对方用自己的私钥才能打开。

import java.math.BigInteger;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

// RSA
public class Main {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 明文:
		byte[] plain = "Hello, encrypt use RSA".getBytes("UTF-8");

		// 创建公钥／私钥对:
		Human alice = new Human("Alice");

		// 用Alice的公钥加密:
		// 获取Alice的公钥，并输出
		byte[] pk = alice.getPublicKey();
		System.out.println(String.format("public key(公钥): %x", new BigInteger(1, pk)));

		// 使用公钥加密
		byte[] encrypted = alice.encrypt(plain);
		System.out.println(String.format("encrypted(加密): %x", new BigInteger(1, encrypted)));

		// 用Alice的私钥解密:
		// 获取Alice的私钥，并输出
		byte[] sk = alice.getPrivateKey();
		System.out.println(String.format("private key(私钥): %x", new BigInteger(1, sk)));

		// 使用私钥解密
		byte[] decrypted = alice.decrypt(encrypted);
		System.out.println("decrypted(解密): " + new String(decrypted, "UTF-8"));
	}
}

// 用户类
class Human {
	// 姓名
	String name;

	// 私钥:
	PrivateKey sk;

	// 公钥:
	PublicKey pk;

	// 构造方法
	public Human(String name) throws GeneralSecurityException {
		// 初始化姓名
		this.name = name;

		// 生成公钥／私钥对:
		KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
		kpGen.initialize(1024);
		KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();

		this.sk = kp.getPrivate();
		this.pk = kp.getPublic();
	}

	// 把私钥导出为字节
	public byte[] getPrivateKey() {
		return this.sk.getEncoded();
	}

	// 把公钥导出为字节
	public byte[] getPublicKey() {
		return this.pk.getEncoded();
	}

	// 用公钥加密:
	public byte[] encrypt(byte[] message) throws GeneralSecurityException {
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, this.pk); // 使用公钥进行初始化
		return cipher.doFinal(message);
	}

	// 用私钥解密:
	public byte[] decrypt(byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, this.sk); // 使用私钥进行初始化
		return cipher.doFinal(input);
	}
}