对称加密算法——3DES加密算法

最新推荐文章于 2025-04-09 10:25:54 发布

黑客demon

最新推荐文章于 2025-04-09 10:25:54 发布

阅读量1.4k

点赞数 18

文章标签：计算机网络 java 网络安全 web安全互联网计算机

原文链接：https://blog.youkuaiyun.com/sinat_26368147/article/details/145414013

版权

在这里插入图片描述

Java 3DES算法详解

1. 理论背景

1.1 对称加密算法

对称加密算法是指加密和解密使用相同密钥的加密算法。常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。对称加密算法的优点是加密速度快，适合大量数据的加密；缺点是密钥管理复杂，密钥分发困难。

1.2 DES算法

DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，由IBM于1975年开发，1977年被美国国家标准局（NBS，现为NIST）采纳为联邦标准。DES使用56位密钥对64位数据进行加密，但由于密钥长度较短，安全性不足，逐渐被淘汰。

1.3 3DES算法

3DES（Triple DES）是DES的增强版，通过对DES算法进行三次加密来提高安全性。3DES使用两个或三个56位密钥，密钥长度可达112位或168位，安全性大大增强。

在这里插入图片描述
更多优质资源：
http://sj.ysok.net/jydoraemon 访问码：JYAM

2. 算法概述

3DES是对DES算法的改进，通过对数据进行三次DES加密来提高安全性。3DES的加密过程可以表示为：

Ciphertext = E(K3, D(K2, E(K1, Plaintext)))

其中：

E 表示DES加密
D 表示DES解密
K1, K2, K3 是三个不同的56位密钥

3DES的解密过程与加密过程相反：

Plaintext = D(K1, E(K2, D(K3, Ciphertext)))

3. 算法特点

安全性高：3DES通过对数据进行三次加密，密钥长度可达168位，安全性远高于DES。
兼容性好：3DES与DES兼容，可以使用现有的DES硬件和软件实现。
速度较慢：由于进行了三次加密，3DES的加密速度比DES慢。

4. 算法的模式

3DES支持多种加密模式，常见的模式有：

ECB（Electronic Codebook）模式：将数据分成固定大小的块，每个块独立加密。ECB模式简单，但安全性较低，容易受到重放攻击。
CBC（Cipher Block Chaining）模式：每个数据块与前一个加密块进行异或操作后再加密，提高了安全性。CBC模式需要初始化向量（IV）。
CFB（Cipher Feedback）模式：将前一个密文块作为输入，生成密钥流，与明文进行异或操作。CFB模式可以实现流加密。
OFB（Output Feedback）模式：与CFB类似，但生成的密钥流与明文无关，适合在不可靠的信道上传输。
CTR（Counter）模式：使用计数器生成密钥流，与明文进行异或操作。CTR模式可以实现并行加密。

5. 加密过程详细解析

5.1 密钥生成

3DES使用两个或三个56位密钥，密钥长度可以是112位或168位。密钥可以通过随机数生成器生成，也可以通过密钥派生函数生成。

5.2 加密过程

3DES的加密过程分为三步：

使用第一个密钥K1对明文进行DES加密。
使用第二个密钥K2对第一步的结果进行DES解密。
使用第三个密钥K3对第二步的结果进行DES加密。

5.3 解密过程

3DES的解密过程与加密过程相反：

使用第三个密钥K3对密文进行DES解密。
使用第二个密钥K2对第一步的结果进行DES加密。
使用第一个密钥K1对第二步的结果进行DES解密。

6. Java实现3DES的详细步骤

6.1 导入相关库

Java提供了javax.crypto包来实现加密算法。首先需要导入相关库：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Base64;

6.2 生成密钥

可以使用DESedeKeySpec类来生成3DES密钥：

String keyString = "1234567890abcdef1234567890abcdef"; // 24字节的密钥
byte[] keyBytes = keyString.getBytes();
KeySpec keySpec = new DESedeKeySpec(keyBytes);
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);

6.3 初始化Cipher对象

使用Cipher类来初始化和执行加密和解密操作：

Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);

6.4 加密数据

使用Cipher对象的doFinal方法对数据进行加密：

String plaintext = "Hello, 3DES!";
byte[] plaintextBytes = plaintext.getBytes();
byte[] ciphertextBytes = cipher.doFinal(plaintextBytes);
String ciphertext = Base64.getEncoder().encodeToString(ciphertextBytes);
System.out.println("Ciphertext: " + ciphertext);

6.5 解密数据

使用Cipher对象的doFinal方法对数据进行解密：

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(ciphertext));
String decryptedText = new String(decryptedBytes);
System.out.println("Decrypted Text: " + decryptedText);

7. 示例代码并添加详细注释

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Base64;

public class TripleDESExample {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 定义密钥字符串，长度为24字节
        String keyString = "1234567890abcdef1234567890abcdef";
        byte[] keyBytes = keyString.getBytes();

        // 2. 创建DESedeKeySpec对象
        KeySpec keySpec = new DESedeKeySpec(keyBytes);

        // 3. 获取SecretKeyFactory实例
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");

        // 4. 生成SecretKey
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);

        // 5. 创建Cipher实例，使用DESede/ECB/PKCS5Padding模式
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");

        // 6. 初始化Cipher为加密模式
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);

        // 7. 定义明文
        String plaintext = "Hello, 3DES!";
        byte[] plaintextBytes = plaintext.getBytes();

        // 8. 加密数据
        byte[] ciphertextBytes = cipher.doFinal(plaintextBytes);
        String ciphertext = Base64.getEncoder().encodeToString(ciphertextBytes);
        System.out.println("Ciphertext: " + ciphertext);

        // 9. 初始化Cipher为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);

        // 10. 解密数据
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(ciphertext));
        String decryptedText = new String(decryptedBytes);
        System.out.println("Decrypted Text: " + decryptedText);
    }
}