java安全（一）DES 的简单使用和加密过程(原理)

最近工作中用到一些加密的东西，就顺便学习一下，整理一下。今天主要整理的是对称加密，他的代表就是DES。

学习DES之前要先问几个问题？

什么是DES算法

百度百科:

DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。 明文按64位进行分组，密钥长64位，密钥事实上是56位参与DES运算（第8、16、24、32、40、48、56、64位是校验位， 使得每个密钥都有奇数个1）分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。

DES的基本原理是什么呢

百度百科:

其入口参数有三个：key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。

我们从上可以知道:

1. DES 是对称加密/解密算法，而且明文是按照64位进行分组进行加密/解密的。

2. DES加密解密的秘钥长度是64位 但实际用来参与加密解密算法的只有56位 那8位是奇偶校验位

3. 加密/解密 的过程就是把明文分割成一组一组64位的小块 来和秘钥做一些替代、交换等转换最终生成一个加密/解密的块，最终把所有的加密/解密后的64位块组合起来 最终形成的就是加密后的密文/解密后的明文。

4. DES加密 参数有3个 分别是 加密的秘钥key 被加密的数据 data 以及加密还是解密操作 mode。

DES 简单代码示例

import java.security.SecureRandom;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.Cipher;

public class Test {
public static void main(String[] args) {
String str = "测试内容";
try{
//===========================生成秘钥开始=======================
//用于生成随机数
SecureRandom random = new SecureRandom();
//2.种子秘钥
String password = "95880288432242";
//打印出种子秘钥的2进制 形式数据
for(byte key:password.getBytes()){
//key:57  53  56  56  48  50  56  56  52  51  50  50 52  50
System.out.println("key:"+key);
}
DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(password.getBytes());
for(byte key:desKey.getKey()){
//真正的key:57  53  56  56  48  50  56  56
System.out.println("key1:"+key);
}
//创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成合法的秘钥格式
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
byte [] code = securekey.getEncoded();
for(byte b : code ){
System.out.println(b);
// 56 52 56 56 49 50 56 56
}
//============================生成秘钥结束========================
//===================构建DES加密工厂开始======================
//Cipher对象实际完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
//用密匙初始化Cipher对象
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, random);
//现在，获取数据并加密
//正式执行加密操作
//===================构建DES加密工厂结束======================
//真正开始加密
byte[] result = cipher.doFinal(str.getBytes());

for(byte r:result){
//密文的2进制内容
System.out.println(r);
//2 111 -33 13 -93 38 -57 109 105 60 -38 124 102 122 81 38
}

System.out.println("加密后："+new String(result));
}catch(Throwable e){
e.printStackTrace();
}
}
}

代码总结分析:

发现没 整个代码真正实现加密的代码只有一行

byte[] result = cipher.doFinal(str.getBytes());

大部分的篇幅都在处理秘钥key和构建DES加密工厂Cipher。key前面说了要64位（56位是真正的秘钥 8位是校验位）所以种子秘钥的长度(转成2进制后)必须要达到64位 否则会报错的,种子秘钥取出前64位 经过奇偶转化，生成最终的秘钥。加密工厂主要实例化 用谁提供 的加密算法(，用哪个秘钥，是加密还是解密。最后用工厂操作就ok了。

其他

说明:

这下面的本来想删除的 有些地方整理的简陋些，但是它花了我好久时间才整理的 真的有些舍不得。就放在下面吧，以后有时间在慢慢优化补到上面。

DES加密算法DEMO

引用别人的完整的加密和解密的DEMO

/article/4706660.html

知识储备

再看原理之前大家要具备一下基础知识,免得大家看原理费劲。

java存储都是使用2进制补码形式存储的。什么是原码、反码、补码不懂得大家先自学下吧。8位2进制的补码范围为-128-127。

要了解2进制数字的与或非等一些运算。

最后要了解下DES加密的几种模式：ECB CBC CFB OFB。


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DES加密过程(原理)

整理的的有些仓促 最后几步写的很简单，找时间再补上吧!

为了讲解方便对待加密的数据和加密数据的秘钥所如下假设。

1.要加密的数据已经转化成二进制的格式，加密的秘钥也转化成了二进制格式。

2.待加密的数据和秘钥正好都是64bit。

第一步:对数据进行处理。把需要被加密的数据分隔成为若干个以64bit为单位的数据，如果位数不够，那么补00或者FF,然后照表1进行置换操作。此表划分成上下两部分 分别命名为Li Ri。64bit的数据把位置为58的数据放到此矩阵的第一行第一列，同理50位的数据放到第一行第二列的位置，其他的同理。

表1:



第二步:对秘钥进行处理。DES的秘钥有56位密码和8位奇偶校验位共同组成了这个秘钥。首先把64位的秘钥按照表2做置换,去除秘钥中作为奇偶校验位的第 8、16、24、32、40、48、56、64位，剩下的56位作为有效输入秘钥。秘钥置换后也和数据置换后一样，要一分为二，上半部分叫C0，下半部分叫D0.

表2:

C0



D0



第三步:继续对秘钥进行处理。将上一步置换后的56位有效的秘钥按照表3左移位，总计进行16次移位操作，每一次移位结束后得到的新的56位字秘钥作为下一轮移位的有效秘钥。总计得到16个56位的子秘钥（第一次秘钥C0，D0向左移动一位，得到了C1，D1。第二次C1，D1向左移动了两位得到了C2，D2.依次类推，最后C15，D15向左移动了1位得到了C16，D16）。

表3:



第四步：还是处理秘钥。按照表4对16个子秘钥(就是第三步生成的C1，D1………C16,D16)进行置换压缩，压缩后每个子秘钥中的第9,18,22,25,35,38,43,54共8位数据会丢失。此步完成后得到16个48位的字秘钥。

表4:



第五步:处理待加密的数据。将第一步生成的有效数据的右半部分R0的32位数据按照表5进行置换，由原来的32位扩展到48位。

表5：



第六步：开始数据和秘钥计算了(数据扩展)。将扩展后的有效数据分别和第四步产生的16个48位秘钥进行异或运算，生成16个加密的块K[0],K[1]…….K[15]。

第七步：处理上一步的数据(数据压缩)。将第六步产生的48位的加密数据K[0]分为8个6位的数据（也叫S盒），排列数据*）

表6：



第八步：将第七步产生的32位数据按照表7置换，生成新的32位的K[0].

表7：



第九步：把上一步产生的K[0]和第一步产生的L0按位异或运算后的值赋给第一步产生的R[1]，然后把原来的R[0]复制给L[1]得到新的L1 和 R1。

第十步：回到第五步，重运算到第九步，每轮计算由R[i],L[i],K[i]来计算，总计重复16轮结束，最终生成新的L[16]和R[16]

第十一步：合并L[16]和R[16]位64位数据，然后按照表8做置换，生成最终的加密数据。

表8：