总体分类

主要分为国密和国际算法

国密算法，即国家商用密码算法，如SM系列的密码，常用的国密密码有：

• SM1算法的加密强度与AES相当，但算法未公开，仅以IP核的形式存在于芯片中，调用该算法时，需要通过加密芯片的接口进行调用。

• SM4算法，是无线局域网标准的分组数据算法，其加密流程介绍请阅读：SM4分组密码算法

• SM7算法未公开，适用于非接IC卡应用包括身份识别类应用（门禁卡、工作证、参赛证），票务类应用（大型赛事门票、展会门票），支付与通卡类应用（积分消费卡、校园一卡通、企业一卡通、公交一卡通）。

国密算法

国密算法主要包括以下几类：

‌ SM2 ‌：基于椭圆曲线密码学（ECC），用于公钥加密和签名。SM2的密钥长度为256位，适用于移动设备、物联网终端等场景‌12。

‌ SM3 ‌：哈希算法，用于生成数据的哈希值。SM3的输出长度为256位，适用于需要高安全性的场景‌12。

‌ SM4 ‌：对称加密算法，类似于AES，但密钥长度和轮数不同。SM4的密钥长度为128位，适用于国产化合规场景如政务和金融‌12。

‌ SM1 ‌：分组密码算法，主要用于无线局域网产品加密‌3。

‌ 祖冲之密码算法（ZUC） ‌：流密码算法，用于移动通信和物联网终端‌3。

国际算法

国际算法主要包括以下几类：

‌ AES ‌：高级加密标准，分组密码算法，密钥长度可选128、192、256位，适用于高吞吐量场景如互联网和云计算‌13。

‌ RSA ‌：非对称加密算法，用于公钥加密和签名。RSA的密钥长度可选2048、3072、4096位，适用于传统PKI体系如SSL证书‌12。

‌ 3DES ‌：三重DES算法，通过三次DES运算提高安全性，但效率较低‌4。

‌ SHA-256 ‌：哈希算法，用于生成数据的哈希值，输出长度为256位‌12。

分组加密

分组加密(块加密)— Block Cyper：将明文分组成块，一次加密一个明文分组块。

从国密算法中可以知道，分组加密是对128比特的明文输入和128比特的加密密钥进行处理，生成128比特的密文输出，即分组加密算法只能加密固定长度的明文分组块。

但实际情况往往是明文的长度会远超过密码分组的长度，因此需要对分组加密算法进行迭代，才能将明文全部加密，采用的迭代方法就是分组加密算法的加密工作模式。

国密与国际算法区别

1. 对称加密：SM4 vs AES

2. 非对称加密：SM2 vs RSA/ECC

3. 哈希算法：SM3 vs SHA-256

4.应用场景建议

1. 算法种类

单向加密

对称加密

非对称加密

1.1 单向加密

1） Base64

Base64编码一般用于url的处理，或者说任何你不想让普通人一眼就知道是啥的东西都可以用Base64编码处理后再发布在网络上。

package com.amuro.strategy.base64;
import java.util.Base64;
import com.amuro.strategy.IStrategy;

/**
 * Base64算法基于64个基本字符，加密后的string中只包含这64个字符
 * @author Amuro
 *
 */
public class Base64Strategy implements IStrategy
{
    public String encode(String src)
    {
        byte[] encodeBytes = Base64.getEncoder().encode(src.getBytes());
        return new String(encodeBytes);
    }

    public String decode(String src)
    {
        byte[] decodeBytes = Base64.getDecoder().decode(src.getBytes());
        return new String(decodeBytes);
    }
}

2） MD5

一般用于确保信息的传输完整一致性，校验传输的数据是否被修改，一旦原始信息被修改，生成的 MD5 值将会变得很不同

package com.amuro.strategy.message_digest;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;

/**
 * 消息摘要算法
 * @author Amuro
 *
 */
public class MD5Strategy implements IStrategy
{
    public String encode(String src)
    {
        try
        {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] encodeBytes = md.digest(src.getBytes());

            return Hex.encodeHexString(encodeBytes);
        }
        catch (NoSuchAlgorithmException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        throw new RuntimeException("MD5 no decode");
    }
}

3） SHA 家族

是一个密码散列函数家族，是 FIPS 所认证的安全散列算法

和 MD5 类似，都是对文本进行散列，产生一定长度的散列值

package com.amuro.strategy.message_digest;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;
/**
 * 安全散列算法
 * @author Amuro
 *
 */
public class SHAStrategy implements IStrategy
{
    public String encode(String src)
    {
        try
        {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA");
            md.update(src.getBytes());
            return Hex.encodeHexString(md.digest());
        }
        catch (NoSuchAlgorithmException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        throw new RuntimeException("SHA no decode");
    }
}

1.2 对称加密

对称加密的意思就是信息收发都有相同的一把钥匙，消息的加密解密都用这进行

1）DES

Data Encryption Standard，数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。

package com.amuro.strategy.des;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;

/**
 * 
 * @author Amuro
 *
 */
public class DESStrategy implements IStrategy
{
    private Cipher cipher;
    private SecretKey generateKey;
    public String encode(String src)
    {
        try
        {   //8字节加密
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
            keyGenerator.init(56);//size
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();

            DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(keyBytes);
            SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
            generateKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);

            cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] resultBytes = cipher.doFinal(src.getBytes());

            return Hex.encodeHexString(resultBytes);
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        try
        {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] result = Hex.decodeHex(src.toCharArray());
            return new String(cipher.doFinal(result));
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

}

3DES，也就是“Triple DES”，中文名“三重数据加密算法”，它相当于是对每个数据块应用三次 DES 加密算法。由于计算机运算能力的增强，原版 DES 密码的密钥长度变得容易被暴力破解；3DES 即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加 DES 的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。

package com.amuro.strategy.des;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;
public class _3DESStrategy implements IStrategy
{
    private Cipher cipher;
    private SecretKey generateKey;

    public String encode(String src)
    {
        try
        {   //16字节加密
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede");
            keyGenerator.init(168);//size
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();

            DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(keyBytes);
            SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
            generateKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);

            cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] resultBytes = cipher.doFinal(src.getBytes());

            return Hex.encodeHexString(resultBytes);
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        try
        {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] result = Hex.decodeHex(src.toCharArray());
            return new String(cipher.doFinal(result));
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return null;
    }
}

2）AES

Advanced Encryption Standard，高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高；

package com.amuro.strategy.des;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;
public class AESStrategy implements IStrategy
{
    private Cipher cipher;
    private SecretKey generateKey;

    public String encode(String src)
    {
        try
        {
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
            keyGenerator.init(128);//size
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();

            generateKey = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");

            cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] resultBytes = cipher.doFinal(src.getBytes());

            return Hex.encodeHexString(resultBytes);
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        try
        {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, generateKey);
            byte[] result = Hex.decodeHex(src.toCharArray());
            return new String(cipher.doFinal(result));
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return null;
    }
}

1.3 非对称加密

非对称加密算法是一种密钥的保密方法。 非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。 公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。

1）RSA

名称来源于发明这个算法的三个人的姓氏组成，算法大致内容就是对极大整数进行因式分解

这种算法非常可靠，密钥越长，它就越难破解。根据已经披露的文献，目前被破解的最长 RSA密钥是768个二进制位。也就是说，长度超过768位的密钥，还无法破解（至少没人公开宣布）。因此可以认为，1024位的RSA密钥基本安全，2048位的密钥极其安全

package com.amuro.strategy.asymmetric;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import javax.crypto.Cipher;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;

public class RSAStrategy implements IStrategy
{
    private RSAPublicKey rsaPublicKey;
    private RSAPrivateKey rsaPrivateKey;
    public String encode(String src)
    {
        try
        {
            //初始化密钥
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            rsaPublicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
            rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();

            //私钥加密 公钥解密
            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec 
                = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] resultBytes = cipher.doFinal(src.getBytes());

            //私钥解密 公钥加密
//          X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec =
//                  new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
//          KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
//          PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
//          Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//          cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
//          byte[] resultBytes = cipher.doFinal(src.getBytes());

            return Hex.encodeHexString(resultBytes);
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        try
        {
            //私钥加密 公钥解密
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec =
                    new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] resultBytes = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(src.toCharArray()));

            //私钥解密 公钥加密
//          PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec 
//              = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
//          KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
//          PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
//          Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
//          cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
//          byte[] resultBytes = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(src.toCharArray()));

            return new String(resultBytes);
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

}

2）DH

DH，全称为“Diffie-Hellman”，他是一种确保共享KEY安全穿越不安全网络的方法，也就是常说的密钥一致协议。由公开密钥密码体制的奠基人Diffie和Hellman所提出的一种思想。简单的说就是允许两名用户在公开媒体上交换信息以生成“一致”的、可以共享的密钥。也就是由甲方产出一对密钥（公钥、私钥），乙方依照甲方公钥产生乙方密钥对（公钥、私钥）。

以此为基线，作为数据传输保密基础，同时双方使用同一种对称加密算法构建本地密钥（SecretKey）对数据加密。这样，在互通了本地密钥（SecretKey）算法后，甲乙双方公开自己的公钥，使用对方的公钥和刚才产生的私钥加密数据，同时可以使用对方的公钥和自己的私钥对数据解密。不单单是甲乙双方两方，可以扩展为多方共享数据通讯，这样就完成了网络交互数据的安全通讯！

package com.amuro.strategy.asymmetric;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Objects;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import com.amuro.strategy.IStrategy;

public class DHStrategy implements IStrategy
{
    private Cipher cipher;
    private SecretKey receiverSecretKey;

    public String encode(String src)
    {
        try
        {
            //初始化发送方密钥
            KeyPairGenerator senderKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
            senderKeyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair senderkeyPair = senderKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PrivateKey senderPrivateKey = senderkeyPair.getPrivate();
            byte[] senderPublicKeyBytes = senderkeyPair.getPublic().getEncoded();//发送方的公钥

            //初始化接收方密钥,用发送方的公钥
            KeyFactory receiverKeyFactory = KeyFactory.getInstance("DH");
            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(senderPublicKeyBytes);
            PublicKey receiverPublicKey = receiverKeyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            DHParameterSpec dhParameterSpec = 
                    ((DHPublicKey)receiverPublicKey).getParams();
            KeyPairGenerator receiverKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
            receiverKeyPairGenerator.initialize(dhParameterSpec);
            KeyPair receiverKeyPair = receiverKeyPairGenerator.generateKeyPair();
            PrivateKey receiverPrivateKey = receiverKeyPair.getPrivate();
            byte[] receiverPublicKeyBytes = receiverKeyPair.getPublic().getEncoded();

            KeyAgreement receiverKeyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
            receiverKeyAgreement.init(receiverPrivateKey);
            receiverKeyAgreement.doPhase(receiverPublicKey, true);
            receiverSecretKey = receiverKeyAgreement.generateSecret("DES");

            //发送方拿到接收方的public key就可以做加密了
            KeyFactory senderKeyFactory = KeyFactory.getInstance("DH");
            x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(receiverPublicKeyBytes);
            PublicKey senderPublicKey = senderKeyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            KeyAgreement senderKeyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
            senderKeyAgreement.init(senderPrivateKey);
            senderKeyAgreement.doPhase(senderPublicKey, true);
            SecretKey senderSecretKey = senderKeyAgreement.generateSecret("DES");

            if(Objects.equals(receiverSecretKey, senderSecretKey))
            {
                cipher = Cipher.getInstance("DES");
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, senderSecretKey);
                byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
                return Hex.encodeHexString(result);
            }
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String decode(String src)
    {
        try
        {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, receiverSecretKey);
            byte[] result = Hex.decodeHex(src.toCharArray());
            return new String(cipher.doFinal(result));
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return null;
    }

}

2）数字证书签名

package com.amuro.strategy.signature;

import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.Signature;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;

public class RSASign
{
    public static boolean verifySign(String src)
    {
        try
        {
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(512);
            KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            PublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
            PrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();

            PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec 
                = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
            Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initSign(privateKey);
            signature.update(src.getBytes());
            //生成签名bytes
            byte[] signBytes = signature.sign();

            X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec =
                    new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
            keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
            signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
            signature.initVerify(publicKey);
            signature.update(src.getBytes());
            boolean isVerified = signature.verify(signBytes);

            return isVerified;
        }
        catch(Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }

        return false;
    }

}