Java加密技術（七）——非對稱加密演算法最高階ECC

iteye_2881發表於2015-03-18
Java加密演算法

ECC 
ECC-Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學，是目前已知的公鑰體制中，對每位元所提供加密強度最高的一種體制。在軟體註冊保護方面起到很大的作用，一般的序列號通常由該演算法產生。 
    當我開始整理《Java加密技術（二）》的時候，我就已經在開始研究ECC了，但是關於Java實現ECC演算法的資料實在是太少了，無論是國內還是國外的資料，無論是官方還是非官方的解釋，最終只有一種答案——ECC演算法在jdk1.5後加入支援，目前僅僅只能完成金鑰的生成與解析。 如果想要獲得ECC演算法實現，需要呼叫硬體完成加密/解密（ECC演算法相當耗費資源，如果單純使用CPU進行加密/解密，效率低下），涉及到Java Card領域，PKCS#11。 其實，PKCS#11配置很簡單，但缺乏硬體裝置，無法嘗試！ 

    儘管如此，我照舊提供相應的Java實現程式碼，以供大家參考。 

通過java程式碼實現如下：Coder類見 Java加密技術（一） 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. import java.math.BigInteger;  
  2. import java.security.Key;  
  3. import java.security.KeyFactory;  
  4. import java.security.interfaces.ECPrivateKey;  
  5. import java.security.interfaces.ECPublicKey;  
  6. import java.security.spec.ECFieldF2m;  
  7. import java.security.spec.ECParameterSpec;  
  8. import java.security.spec.ECPoint;  
  9. import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;  
  10. import java.security.spec.ECPublicKeySpec;  
  11. import java.security.spec.EllipticCurve;  
  12. import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;  
  13. import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;  
  14. import java.util.HashMap;  
  15. import java.util.Map;  
  16.   
  17. import javax.crypto.Cipher;  
  18. import javax.crypto.NullCipher;  
  19.   
  20. import sun.security.ec.ECKeyFactory;  
  21. import sun.security.ec.ECPrivateKeyImpl;  
  22. import sun.security.ec.ECPublicKeyImpl;  
  23.   
  24. /** 
  25.  * ECC安全編碼元件 
  26.  *  
  27.  * @author 樑棟 
  28.  * @version 1.0 
  29.  * @since 1.0 
  30.  */  
  31. public abstract class ECCCoder extends Coder {  
  32.   
  33.     public static final String ALGORITHM = "EC";  
  34.     private static final String PUBLIC_KEY = "ECCPublicKey";  
  35.     private static final String PRIVATE_KEY = "ECCPrivateKey";  
  36.   
  37.     /** 
  38.      * 解密<br> 
  39.      * 用私鑰解密 
  40.      *  
  41.      * @param data 
  42.      * @param key 
  43.      * @return 
  44.      * @throws Exception 
  45.      */  
  46.     public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {  
  47.         // 對金鑰解密  
  48.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(key);  
  49.   
  50.         // 取得私鑰  
  51.         PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);  
  52.         KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;  
  53.   
  54.         ECPrivateKey priKey = (ECPrivateKey) keyFactory  
  55.                 .generatePrivate(pkcs8KeySpec);  
  56.   
  57.         ECPrivateKeySpec ecPrivateKeySpec = new ECPrivateKeySpec(priKey.getS(),  
  58.                 priKey.getParams());  
  59.   
  60.         // 對資料解密  
  61.         // TODO Chipher不支援EC演算法 未能實現  
  62.         Cipher cipher = new NullCipher();  
  63.         // Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());  
  64.         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey, ecPrivateKeySpec.getParams());  
  65.   
  66.         return cipher.doFinal(data);  
  67.     }  
  68.   
  69.     /** 
  70.      * 加密<br> 
  71.      * 用公鑰加密 
  72.      *  
  73.      * @param data 
  74.      * @param privateKey 
  75.      * @return 
  76.      * @throws Exception 
  77.      */  
  78.     public static byte[] encrypt(byte[] data, String privateKey)  
  79.             throws Exception {  
  80.         // 對公鑰解密  
  81.         byte[] keyBytes = decryptBASE64(privateKey);  
  82.   
  83.         // 取得公鑰  
  84.         X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);  
  85.         KeyFactory keyFactory = ECKeyFactory.INSTANCE;  
  86.   
  87.         ECPublicKey pubKey = (ECPublicKey) keyFactory  
  88.                 .generatePublic(x509KeySpec);  
  89.   
  90.         ECPublicKeySpec ecPublicKeySpec = new ECPublicKeySpec(pubKey.getW(),  
  91.                 pubKey.getParams());  
  92.   
  93.         // 對資料加密  
  94.         // TODO Chipher不支援EC演算法 未能實現  
  95.         Cipher cipher = new NullCipher();  
  96.         // Cipher.getInstance(ALGORITHM, keyFactory.getProvider());  
  97.         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey, ecPublicKeySpec.getParams());  
  98.   
  99.         return cipher.doFinal(data);  
  100.     }  
  101.   
  102.     /** 
  103.      * 取得私鑰 
  104.      *  
  105.      * @param keyMap 
  106.      * @return 
  107.      * @throws Exception 
  108.      */  
  109.     public static String getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap)  
  110.             throws Exception {  
  111.         Key key = (Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);  
  112.   
  113.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
  114.     }  
  115.   
  116.     /** 
  117.      * 取得公鑰 
  118.      *  
  119.      * @param keyMap 
  120.      * @return 
  121.      * @throws Exception 
  122.      */  
  123.     public static String getPublicKey(Map<String, Object> keyMap)  
  124.             throws Exception {  
  125.         Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);  
  126.   
  127.         return encryptBASE64(key.getEncoded());  
  128.     }  
  129.   
  130.     /** 
  131.      * 初始化金鑰 
  132.      *  
  133.      * @return 
  134.      * @throws Exception 
  135.      */  
  136.     public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {  
  137.         BigInteger x1 = new BigInteger(  
  138.                 "2fe13c0537bbc11acaa07d793de4e6d5e5c94eee8", 16);  
  139.         BigInteger x2 = new BigInteger(  
  140.                 "289070fb05d38ff58321f2e800536d538ccdaa3d9", 16);  
  141.   
  142.         ECPoint g = new ECPoint(x1, x2);  
  143.   
  144.         // the order of generator  
  145.         BigInteger n = new BigInteger(  
  146.                 "5846006549323611672814741753598448348329118574063", 10);  
  147.         // the cofactor  
  148.         int h = 2;  
  149.         int m = 163;  
  150.         int[] ks = { 7, 6, 3 };  
  151.         ECFieldF2m ecField = new ECFieldF2m(m, ks);  
  152.         // y^2+xy=x^3+x^2+1  
  153.         BigInteger a = new BigInteger("1", 2);  
  154.         BigInteger b = new BigInteger("1", 2);  
  155.   
  156.         EllipticCurve ellipticCurve = new EllipticCurve(ecField, a, b);  
  157.   
  158.         ECParameterSpec ecParameterSpec = new ECParameterSpec(ellipticCurve, g,  
  159.                 n, h);  
  160.         // 公鑰  
  161.         ECPublicKey publicKey = new ECPublicKeyImpl(g, ecParameterSpec);  
  162.   
  163.         BigInteger s = new BigInteger(  
  164.                 "1234006549323611672814741753598448348329118574063", 10);  
  165.         // 私鑰  
  166.         ECPrivateKey privateKey = new ECPrivateKeyImpl(s, ecParameterSpec);  
  167.   
  168.         Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);  
  169.   
  170.         keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);  
  171.         keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);  
  172.   
  173.         return keyMap;  
  174.     }  
  175.   
  176. }  



    請注意上述程式碼中的TODO內容，再次提醒注意，Chipher不支援EC演算法 ，以上程式碼僅供參考。Chipher、Signature、KeyPairGenerator、KeyAgreement、SecretKey均不支援EC演算法。為了確保程式能夠正常執行，我們使用了NullCipher類，驗證程式。 

照舊提供一個測試類： 

Java程式碼  收藏程式碼
  1. import static org.junit.Assert.*;  
  2.   
  3. import java.math.BigInteger;  
  4. import java.security.spec.ECFieldF2m;  
  5. import java.security.spec.ECParameterSpec;  
  6. import java.security.spec.ECPoint;  
  7. import java.security.spec.ECPrivateKeySpec;  
  8. import java.security.spec.ECPublicKeySpec;  
  9. import java.security.spec.EllipticCurve;  
  10. import java.util.Map;  
  11.   
  12. import org.junit.Test;  
  13.   
  14. /** 
  15.  *  
  16.  * @author 樑棟 
  17.  * @version 1.0 
  18.  * @since 1.0 
  19.  */  
  20. public class ECCCoderTest {  
  21.   
  22.     @Test  
  23.     public void test() throws Exception {  
  24.         String inputStr = "abc";  
  25.         byte[] data = inputStr.getBytes();  
  26.   
  27.         Map<String, Object> keyMap = ECCCoder.initKey();  
  28.   
  29.         String publicKey = ECCCoder.getPublicKey(keyMap);  
  30.         String privateKey = ECCCoder.getPrivateKey(keyMap);  
  31.         System.err.println("公鑰: \n" + publicKey);  
  32.         System.err.println("私鑰： \n" + privateKey);  
  33.   
  34.         byte[] encodedData = ECCCoder.encrypt(data, publicKey);  
  35.   
  36.         byte[] decodedData = ECCCoder.decrypt(encodedData, privateKey);  
  37.   
  38.         String outputStr = new String(decodedData);  
  39.         System.err.println("加密前: " + inputStr + "\n\r" + "解密後: " + outputStr);  
  40.         assertEquals(inputStr, outputStr);  
  41.     }  
  42. }  



控制檯輸出： 

Console程式碼  收藏程式碼
  1. 公鑰:   
  2. MEAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEDLAAEAv4TwFN7vBGsqgfXk95ObV5clO7oAokHD7BdOP9YMh8u  
  3. gAU21TjM2qPZ  
  4.   
  5. 私鑰：   
  6. MDICAQAwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEAAEEGzAZAgEBBBTYJsR3BN7TFw7JHcAHFkwNmfil7w==  
  7.   
  8. 加密前: abc  
  9.   
  10. 解密後: abc  

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