許多人認為加密是一個復(fù)雜的主題，這很難理解。 雖然可以實現(xiàn)它的某些方面，但是每個人都可以理解它在更高層次上的工作方式。

這就是我要處理的這篇文章。 用簡單的術(shù)語解釋它是如何工作的，然后使用一些代碼。

是的，我們信任加密。 信任是什么意思？ 我們相信，我們的消息僅由授權(quán)方讀取（機密性），在傳輸過程中不會更改（完整性），并且確實由我們認為已發(fā)送（驗證）的人發(fā)送。

維基百科為加密提供了一個很好的定義：“是以一種僅授權(quán)方可以訪問的方式對消息或信息進行編碼的過程”。

因此，加密通過使用密鑰（密碼）將我們的信息轉(zhuǎn)換為難以理解的密鑰（密文），該密鑰只??能從授權(quán)方轉(zhuǎn)回原始信息。

加密方案有兩種類型， 對稱和非對稱密鑰加密。

在對稱加密中，相同的密鑰用于加密和解密消息。 我們希望訪問該消息的用戶必須具有密鑰，但沒有其他密鑰，否則我們的消息將受到威脅。

我對非對稱密鑰加密很感興趣。 非對稱密鑰方案使用兩個密鑰：私有密鑰和公共密鑰。 這些鍵對很特殊。 它們之所以特別是因為它們是使用稱為非對稱算法的一類算法生成的。 實際的算法不在此討論范圍之內(nèi)，但是在本教程的后面，我們將使用RSA。

您現(xiàn)在需要知道的是，這些鍵具有以下屬性。 使用以下內(nèi)容加密的消息：

只能使用私鑰解密公鑰

私鑰只能使用公鑰解密

看起來足夠簡單吧？ 那么它在實踐中如何使用？ 讓我們考慮兩個朋友，愛麗絲和鮑勃。 他們有自己的一對公鑰和私鑰，并且希望在聊天中保持私密性。 他們每個人都公開提供他們的公鑰，但是要小心地隱藏他們的私鑰。

當(dāng)愛麗絲（Alice）要發(fā)送僅從鮑勃（Bob）讀取的消息時，她使用鮑勃（Bob）的公共密鑰對消息進行加密。 然后Bob和只有他才能使用他的私鑰解密消息。 而已。

這就解釋了第一個屬性的使用，但是第二個呢？ 似乎沒有理由使用我們的私鑰進行加密。 好吧，有。 我們怎么知道愛麗絲是那個發(fā)信息的人？ 如果我們可以使用Alice的公鑰解密消息，則可以確保使用Alice的私鑰進行加密，因此確實是從Alice發(fā)送的。 簡單的說：

使用公鑰，以便人們只能將內(nèi)容發(fā)送給您，而私鑰則用于證明您的身份。

因此，我們可以使用公鑰來確保機密性 ，并使用私鑰來保證真實性 。 那么誠信呢？ 為了實現(xiàn)這一點，我們使用加密哈希。 良好的加密散列可接收輸入消息并生成具有以下屬性的消息摘要：

消息摘要易于生成

計算哪個輸入提供了哈希值非常困難

兩個不同的輸入/消息生成相同的哈希值的可能性極小

如果我們想確保接收到的消息在過渡期間沒有受到破壞，則將哈希值與加密消息一起發(fā)送。 在接收端，我們使用相同的算法對解密后的消息進行哈希處理，然后進行比較以確保哈希值完全匹配。 如果它們是，那么我們可以確信消息沒有被更改。

這些散列或消息摘要也具有其他用途。 您會看到，有時Bob做出承諾，然后否認自己曾經(jīng)做過。 我們想讓他檢查。 用奇特的術(shù)語來說，這是不可否認的 ，它可以防止各方拒絕發(fā)送消息。 數(shù)字簽名是眾所周知的應(yīng)用。

在繼續(xù)學(xué)習(xí)并享受代碼樂趣之前，讓我再說幾件事。

非對稱密鑰算法實際上具有兩種用于不同功能的算法。 一個當(dāng)然是用于密鑰生成，另一個功能是用于功能評估。 功能評估意味著獲取輸入（即消息）和密鑰，并根據(jù)獲得的輸入結(jié)果得到加密或解密的消息。 因此功能評估就是使用公鑰/私鑰對消息進行加密和解密的方式。

也許您已經(jīng)想過，我們怎么知道公鑰實際上與Bob或Alice相關(guān)？ 如果有人假裝自己怎么辦？ 有一個標(biāo)準可以幫助我們。 X.509定義了公鑰證書的格式。 這些證書由證書頒發(fā)機構(gòu)提供，通常包含：

主題，聚會的詳細說明（例如Alice）

有效期，證書有效期

公鑰，可幫助我們向聚會發(fā)送加密的消息

證書頒發(fā)機構(gòu)，證書的頒發(fā)者

哈希和加密是不同的東西。 加密的消息最終將被轉(zhuǎn)換回原始消息。 散列的消息應(yīng)該不可能轉(zhuǎn)回原始消息。

現(xiàn)在，讓我們使用一個教程來幫助所有這些問題。我們將允許三個人愛麗絲，鮑勃和保羅與機密性，完整性和身份驗證進行通信（進一步將它們稱為CIA）。 完整的代碼可在github上找到 。
該項目有幾個依賴項，如下所示：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><modelVersion>4.0.0</modelVersion><groupId>com.tasosmartidis.tutorial.encryption</groupId><artifactId>encryption-tutorial</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version><packaging>jar</packaging><name>encryption-tutorial</name><properties><project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding><lombok.version>1.16.18</lombok.version><commons-codec.version>1.11</commons-codec.version><junit.version>4.12</junit.version><bouncycastle.version>1.58</bouncycastle.version></properties><dependencies><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>${lombok.version}</version></dependency><dependency><groupId>commons-codec</groupId><artifactId>commons-codec</artifactId><version>${commons-codec.version}</version></dependency><dependency><groupId>org.bouncycastle</groupId><artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId><version>${bouncycastle.version}</version></dependency><dependency><groupId>junit</groupId><artifactId>junit</artifactId><version>${junit.version}</version><scope>test</scope></dependency></dependencies><build><finalName>encryption-tutorial</finalName><pluginManagement><plugins><plugin><artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId><version>3.0</version><configuration><source>1.8</source><target>1.8</target></configuration></plugin></plugins></pluginManagement></build> </project>

我們將從EncryptedMessage類開始，該類將提供我們確保CIA所需的所有信息。 該消息將包含用于機密性的實際加密消息，該消息的哈希值將用于確保發(fā)送者的完整性和身份驗證，原始消息和加密消息則用于身份驗證。 我們還提供了一種破壞消息有效負載的方法，因此我們可以針對摘要測試驗證（稍后會進行介紹）。

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain;import lombok.AllArgsConstructor; import lombok.EqualsAndHashCode; import lombok.Getter;@AllArgsConstructor @Getter @EqualsAndHashCode public class EncryptedMessage {private String encryptedMessagePayload;private String senderId;private String encryptedSenderId;private String messageDigest;// FOR DEMO PURPOSES ONLY!public void compromiseEncryptedMessagePayload(String message) {this.encryptedMessagePayload = message;}@Overridepublic String toString() {return encryptedMessagePayload;} }

現(xiàn)在讓我們進入加密部分。 我們將創(chuàng)建一個獨立于實際非對稱算法和密鑰長度的基本加密器類。 它將創(chuàng)建密鑰和密碼，具有用于加密和解密文本以及提供對密鑰的訪問的方法。 看起來像這樣：

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.encryptor;import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptorProperties; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.DecryptionException; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.EncryptionException; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.EncryptorInitializationException; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.UnauthorizedForDecryptionException; import org.apache.commons.codec.binary.Base64;import javax.crypto.BadPaddingException; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.IllegalBlockSizeException; import javax.crypto.NoSuchPaddingException; import java.nio.charset.StandardCharsets; import java.security.*;public class BaseAsymmetricEncryptor {private final KeyPairGenerator keyPairGenerator;private final KeyPair keyPair;private final Cipher cipher;private final EncryptorProperties encryptorProperties;protected BaseAsymmetricEncryptor(EncryptorProperties encryptorProperties) {this.encryptorProperties = encryptorProperties;this.keyPairGenerator = generateKeyPair();this.keyPairGenerator.initialize(this.encryptorProperties.getKeyLength());this.keyPair = this.keyPairGenerator.generateKeyPair();this.cipher = createCipher(encryptorProperties);}protected PrivateKey getPrivateKey() {return this.keyPair.getPrivate();}public PublicKey getPublicKey() {return this.keyPair.getPublic();}protected String encryptText(String textToEncrypt, Key key) {try {this.cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);return Base64.encodeBase64String(cipher.doFinal(textToEncrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));} catch (InvalidKeyException | BadPaddingException | IllegalBlockSizeException ex) {throw new EncryptionException("Encryption of message failed", ex);}}protected String decryptText(String textToDecrypt, Key key) {try {this.cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);return new String(cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(textToDecrypt)), StandardCharsets.UTF_8);}catch (InvalidKeyException | BadPaddingException ex){throw new UnauthorizedForDecryptionException("Not authorized to decrypt message", ex);} catch (IllegalBlockSizeException ex) {throw new DecryptionException("Decryption of message failed", ex);}}private Cipher createCipher(EncryptorProperties encryptorProperties) {try {return Cipher.getInstance(encryptorProperties.getAsymmetricAlgorithm());} catch (NoSuchAlgorithmException | NoSuchPaddingException ex) {throw new EncryptorInitializationException("Creation of cipher failed", ex);}}private KeyPairGenerator generateKeyPair() {try {return KeyPairGenerator.getInstance(this.encryptorProperties.getAsymmetricAlgorithm());} catch (NoSuchAlgorithmException ex) {throw new EncryptorInitializationException("Creation of encryption keypair failed", ex);}}}

為了實現(xiàn)我們的功能，我們需要處理許多異常，但是由于萬一發(fā)生它們，我們將不對其進行任何處理，因此我們將它們包裝在語義上有意義的運行時異常中。 我不會在這里展示異常類，因為它們只有一個構(gòu)造函數(shù)。 但是您可以在github.com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception包下的項目中檢出它們。

您將在代碼的不同部分看到它們的實際用法。 BaseAsymmetricEncryptor的構(gòu)造BaseAsymmetricEncryptor將EncryptorProperites實例作為參數(shù)。

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain;import lombok.AllArgsConstructor;@AllArgsConstructor public class EncryptorProperties {private final AsymmetricAlgorithm asymmetricAlgorithm;private final int keyLength;public String getAsymmetricAlgorithm() {return asymmetricAlgorithm.toString();}public int getKeyLength() {return keyLength;} }

我們將創(chuàng)建一個基于RSA的加密器實現(xiàn)。 該代碼應(yīng)該說明一切：

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.encryptor;import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.AsymmetricAlgorithm; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptedMessage; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptorProperties; import org.bouncycastle.jcajce.provider.digest.SHA3; import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;import java.security.PublicKey;public class RsaEncryptor extends BaseAsymmetricEncryptor {private static final int KEY_LENGTH = 2048;public RsaEncryptor() {super(new EncryptorProperties(AsymmetricAlgorithm.RSA, KEY_LENGTH));}public String encryptMessageForPublicKeyOwner(String message, PublicKey key) {return super.encryptText(message, key);}public String encryptMessageWithPrivateKey(String message) {return super.encryptText(message, super.getPrivateKey());}public String decryptReceivedMessage(EncryptedMessage message) {return super.decryptText(message.getEncryptedMessagePayload(), super.getPrivateKey());}public String decryptMessageFromOwnerOfPublicKey(String message, PublicKey publicKey) {return super.decryptText(message, publicKey);}public String hashMessage(String message) {SHA3.DigestSHA3 digestSHA3 = new SHA3.Digest512();byte[] messageDigest = digestSHA3.digest(message.getBytes());return Hex.toHexString(messageDigest);} }

對于我們的演示，我們將需要演員，彼此交流信息的人。 每個人都將具有唯一的身份，姓名以及與之通信的受信任聯(lián)系人的列表。

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.demo;import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptedMessage; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.message.RsaMessenger; import lombok.EqualsAndHashCode;import java.security.PublicKey; import java.util.HashSet; import java.util.Set; import java.util.UUID;@EqualsAndHashCode public class Person {private final String id;private final String name;private final Set<Person> trustedContacts;private final RsaMessenger rsaMessenger;public Person(String name) {this.id = UUID.randomUUID().toString();this.name = name;this.trustedContacts = new HashSet<>();this.rsaMessenger = new RsaMessenger(this.trustedContacts, this.id);}public PublicKey getPublicKey() {return this.rsaMessenger.getPublicKey();}public String getName() {return name;}public String getId() {return id;}public void addTrustedContact(Person newContact) {if(trustedContacts.contains(newContact)) {return;}trustedContacts.add(newContact);}public EncryptedMessage sendEncryptedMessageToPerson(String message, Person person) {return this.rsaMessenger.encryptMessageForPerson(message, person);}public void readEncryptedMessage(EncryptedMessage encryptedMessage) {this.rsaMessenger.readEncryptedMessage(encryptedMessage);}}

接下來，讓我們創(chuàng)建一個RsaMessanger類，該類將允許人們使用RsaEncryptor發(fā)送加密的消息。 發(fā)送加密的消息時，我們將提供所有必要的信息，以確保機密性，完整性和身份驗證。 閱讀時，我們將解密消息，我們將嘗試驗證消息是由受信任的聯(lián)系人發(fā)送的，并確保消息沒有受到破壞或更改。

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption.message;import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.demo.Person; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptedMessage; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.encryptor.RsaEncryptor; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.PayloadAndDigestMismatchException;import java.security.PublicKey; import java.util.Optional; import java.util.Set;public class RsaMessenger {private final RsaEncryptor encryptionHandler;private final Set<Person> trustedContacts;private final String personId;public RsaMessenger(Set<Person> trustedContacts, String personId) {this.encryptionHandler = new RsaEncryptor();this.trustedContacts = trustedContacts;this.personId = personId;}public PublicKey getPublicKey() {return this.encryptionHandler.getPublicKey();}public EncryptedMessage encryptMessageForPerson(String message, Person person) {String encryptedMessage = this.encryptionHandler.encryptMessageForPublicKeyOwner(message, person.getPublicKey());String myEncryptedId = this.encryptionHandler.encryptMessageWithPrivateKey(this.personId);String hashedMessage = this.encryptionHandler.hashMessage(message);return new EncryptedMessage(encryptedMessage, this.personId, myEncryptedId, hashedMessage);}public void readEncryptedMessage(EncryptedMessage message) {String decryptedMessage = this.encryptionHandler.decryptReceivedMessage(message);Optional<Person> sender = tryIdentifyMessageSender(message.getSenderId());if(!decryptedMessageHashIsValid(decryptedMessage, message.getMessageDigest())) {throw new PayloadAndDigestMismatchException("Message digest sent does not match the one generated from the received message");}if(sender.isPresent() && senderSignatureIsValid(sender.get(), message.getEncryptedSenderId())) {System.out.println(sender.get().getName() +" send message: " + decryptedMessage);}else {System.out.println("Unknown source send message: " + decryptedMessage);}}private boolean senderSignatureIsValid(Person sender, String encryptedSenderId) {if(rawSenderIdMatchesDecryptedSenderId(sender, encryptedSenderId)) {return true;}return false;}private boolean rawSenderIdMatchesDecryptedSenderId(Person sender, String encryptedSenderId) {return sender.getId().equals(this.encryptionHandler.decryptMessageFromOwnerOfPublicKey(encryptedSenderId, sender.getPublicKey()));}private Optional<Person> tryIdentifyMessageSender(String id) {return this.trustedContacts.stream().filter(contact -> contact.getId().equals(id)).findFirst();}private boolean decryptedMessageHashIsValid(String decryptedMessage, String hashedMessage) {String decryptedMessageHashed = this.encryptionHandler.hashMessage(decryptedMessage);if(decryptedMessageHashed.equals(hashedMessage)) {return true;}return false;} }

好的！ 現(xiàn)在是演示時間！

我們將創(chuàng)建一些測試以確保一切正常。 我們要測試的方案是：
當(dāng)愛麗絲（鮑勃的受信任聯(lián)系人）向他發(fā)送加密的消息時，鮑勃可以解密該消息，并且知道來自鮑勃。 還要確保有效載荷沒有被更改。
從Alice到Bob的相同消息不可用于Paul解密，并且將引發(fā)UnauthorizedForDecryptionException 。 當(dāng)保羅（鮑勃不知道）發(fā)送加密消息時，鮑勃將能夠讀取該消息，但不知道是誰發(fā)送了該消息。 最后，當(dāng)我們危及加密消息的有效負載時，帶有消息摘要的驗證將識別出該消息并引發(fā)異常。

package com.tasosmartidis.tutorial.encryption;import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.demo.Person; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.domain.EncryptedMessage; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.PayloadAndDigestMismatchException; import com.tasosmartidis.tutorial.encryption.exception.UnauthorizedForDecryptionException; import org.junit.Before; import org.junit.Test;public class DemoTest {private static final String ALICE_MESSAGE_TO_BOB = "Hello Bob";private static final String PAULS_MESSAGE_TO_BOB = "Hey there Bob";private final Person bob = new Person("Bob");private final Person alice = new Person("Alice");private final Person paul = new Person("Paul");private EncryptedMessage alicesEncryptedMessageToBob;private EncryptedMessage paulsEncryptedMessageToBob;@Beforepublic void setup() {bob.addTrustedContact(alice);alicesEncryptedMessageToBob = alice.sendEncryptedMessageToPerson(ALICE_MESSAGE_TO_BOB, bob);paulsEncryptedMessageToBob = paul.sendEncryptedMessageToPerson(PAULS_MESSAGE_TO_BOB, bob);}@Testpublic void testBobCanReadAlicesMessage() {bob.readEncryptedMessage(alicesEncryptedMessageToBob);}@Test(expected = UnauthorizedForDecryptionException.class)public void testPaulCannotReadAlicesMessageToBob() {paul.readEncryptedMessage(alicesEncryptedMessageToBob);}@Testpublic void testBobCanReadPaulsMessage() {bob.readEncryptedMessage(paulsEncryptedMessageToBob);}@Test(expected = PayloadAndDigestMismatchException.class)public void testChangedMessageIdentifiedAndRejected() {EncryptedMessage slightlyDifferentMessage = alice.sendEncryptedMessageToPerson(ALICE_MESSAGE_TO_BOB + " ", bob);alicesEncryptedMessageToBob.compromiseEncryptedMessagePayload(slightlyDifferentMessage.getEncryptedMessagePayload());bob.readEncryptedMessage(alicesEncryptedMessageToBob);} }

運行測試將產(chǎn)生以下結(jié)果：

就是這樣！ 再次感謝您的閱讀，您可以在github上找到代碼。

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2017/11/encryption-trust-tutorial.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的我们相信加密！ 教程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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