学习笔记075——编码和加密

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一、URLENCODE

（1）为什么使用

1、是因为当字符串数据以url的形式传递给web服务器时,字符串中是不允许出现空格和特殊字符的。

2、因为 url 对字符有限制，比如把一个邮箱放入 url，就需要使用 urlencode 函数，因为 url 中不能包含 @ 字符。

3、url转义其实也只是为了符合url的规范而已。因为在标准的url规范中中文和很多的字符是不允许出现在url中的。

（2）转换规则

urlencode：

返回字符串，此字符串中除了-_.之外的所有非字母数字字符都将被替换成百分号（%）后跟两位十六进制数，空格则编码为加号（+）
按照每个字符对应的字符编码，不是符合我们范围的，统统的转化为%的形式也就是了。自然也是16进制的形式。

那哪些字符是需要转化的呢

ASCII 的控制字符
这些字符都是不可打印的，自然需要进行转化。

什么是可打印字符？

在ASCII码中规定，0-31、128这33个字符属于控制字符，32-127这95个字符属于可打印字符，也就是说网络传输只能传输这95个字符，不在这个范围内的字符无法传输。那么该怎么才能传输其他字符呢？其中一种方式就是使用Base64。

一些非ASCII字符

这些字符自然是非法的字符范围。转化也是理所当然的了。

一些保留字符

很明显最常见的就是“&”了，这个如果出现在url中了，那你认为是url中的一个字符呢，还是特殊的参数分割用的呢？

就是一些不安全的字符了。

例如：空格。为了防止引起歧义，需要被转化为“+”。

和编码无关

通过urlencode的转化规则和目的，我们也很容易的看出，urleocode是基于字符编码的。同样的一个汉字，不同的编码类型，肯定对应不同的urleocode的串。gbk编码的有gbk的encode结果。

apache等服务器，接受到字符串后，可以进行decode，但是还是无法解决编码的问题。编码问题，还是需要靠约定或者字符编码的判断解决。

因此，urleocode只是为了url中一些非ascii字符，可以正确无误的被传输，至于使用哪种编码，就不是eocode所关心和解决的问题了。

（3）java 实现

/**
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public class UrlEncode {

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String encode = URLEncoder.encode("http://itnanls.cn/中文  ，。？", "UTF-8");
        System.out.println(encode);

        String decode = URLDecoder.decode(encode, "UTF-8");
        System.out.println(decode);
    }
}

二、Base64编解码

1、Base64是什么

Base64是一种用64个字符来表示任意二进制数据的方法。
它是一种编码方式，而非加密方式。
它通过将二进制数据转变为64个“可打印字符”，完成了数据在HTTP协议上的传输。

2、使用场景

Base64一般用于在HTTP协议下传输二进制数据，由于HTTP协议是文本协议，所以在HTTP协议下传输二进制数据需要将二进制数据转换为字符数据。然而直接转换是不行的。因为网络传输只能传输可打印字符。

什么是可打印字符？

既然可打印的只有95，而比95小的整数最大的2的次方的数字就是64了。

3、加密规则

关于这个编码的规则：

首先将待编码的内容转换成8位二进制，每3个字符为一组；
如果编码前的长度是3n+1，编码后的内容最后面补上2个 ‘=’，如果编码前的长度是3n+2，编码后的内容最后面补上1个 ‘=’。
再将每一组的二进制内容拆分成6位的二进制，不足6位的后面补足0；
每个6进制的数字前面补足0，保证变成8位二进制；
将补足后的内容根据base64编码表转换成base64内容输出；

（不足四个字符的时候会用 ‘=’ 来补足，下面会说明）

例子

编码前 “hb”

**1.**根据ascii码转换成8位二进制，3个为一组：

  01101000,01100010

**2.**编码前长度是3n+2，所以后面补1个 ‘=’：

  01101000,01100010,=

**3.**拆分成6位二进制，不足6位的在后面补足0，0010补足变成001000：

  011010,000110,001000,=

**4.**每个6进制的数字前面补足0：

  0011010,00000110,00000010,=

**5.**根据base64编码表输出：

  aGI=

Table 1: The Base64 Alphabet

索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符
0	A	17	R	34	i	51	z
1	B	18	S	35	j	52	0
2	C	19	T	36	k	53	1
3	D	20	U	37	l	54	2
4	E	21	V	38	m	55	3
5	F	22	W	39	n	56	4
6	G	23	X	40	o	57	5
7	H	24	Y	41	p	58	6
8	I	25	Z	42	q	59	7
9	J	26	a	43	r	60	8
10	K	27	b	44	s	61	9
11	L	28	c	45	t	62	+
12	M	29	d	46	u	63	/
13	N	30	e	47	v
14	O	31	f	48	w
15	P	32	g	49	x
16	Q	33	h	50	y

4、总结

可以将任意的二进制数据进行Base64编码。
数据加密之后，数据量会变大，变大1/3左右。
编码后有个非常显著的特点，末尾有个=号。
可进行反向解密。
Base64编码具有不可读性

5、Base64程序

/**
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public class Base64Test {

    public static void main(String[] args) {
        // 获取编码器
        Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
        byte[] encode = encoder.encode("abc".getBytes());
        System.out.println(new String(encode));

        // 获取解码器
        Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
        byte[] decode = decoder.decode(encode);
        System.out.println(new String(decode));
    }
}

三、hash摘要算法

1、MD5

MD5信息摘要算法（英语：MD5 Message-Digest Algorithm），一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位（16字节）的散列值（hash value），用于确保信息传输完整一致。MD5由美国密码学家罗纳德·李维斯特（Ronald Linn Rivest）设计，于1992年公开，用以取代MD4算法。这套算法的程序在 RFC 1321 标准中被加以规范。1996年后该算法被证实存在弱点，可以被加以破解，对于需要高度安全性的数据，专家一般建议改用其他算法，如SHA-2。2004年，证实MD5算法无法防止碰撞（collision），因此不适用于安全性认证，如SSL公开密钥认证或是数字签名等用途。

/**
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public static void main(String[] args) throws Exception {
    MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
    byte[] digest = md5.digest("123".getBytes());
    System.out.println(digest.length);
}
16

2、SHA1

SHA-1（英语：Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列算法1）是一种密码散列函数，美国国家安全局设计，并由美国国家标准技术研究所（NIST）发布为联邦数据处理标准（FIPS）。SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160位（20字节）散列值，散列值通常的呈现形式为40个十六进制数。

SHA 家族

正式名称为 SHA 的家族第一个成员发布于 1993年。然而人们给它取了一个非正式的名称 SHA-0 以避免与它的后继者混淆。两年之后， SHA-1，第一个 SHA 的后继者发布了。另外还有四种变体，曾经发布以提升输出的范围和变更一些细微设计: SHA-224, SHA-256, SHA-384 和 SHA-512 (这些有时候也被称做 SHA-2)：

public static void main(String[] args) Exception {
        MessageDigest sha1 = MessageDigest.getInstance("SHA1");
        byte[] digest = sha1.digest("123".getBytes());
        System.out.println(digest.length);
}

20

3、SHA256

SHA256算法使用的哈希值长度是256位。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    MessageDigest sha256 = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
    byte[] digest = sha256.digest("123".getBytes());
    System.out.println(digest.length);
}

32

4、SHA512

算法使用的哈希值长度是512位。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    MessageDigest sha512 = MessageDigest.getInstance("SHA-512");
    byte[] digest = sha512.digest("123".getBytes());
    System.out.println(digest.length);
}

64

四、对称加密

1、DES算法

DES 加密算法是一种分组密码，以 64 位为分组对数据加密，它的密钥长度是 56 位，加密解密用同一算法。

数据加密标准（Data Encryption Standard），简称DES，是由IBM公司提交，美国政府于1977年1月5日颁布的一种加密算法。

DES的设计目标是，用于加密保护静态存储和传输信道中的数据，安全使用10~15年。
DES综合运用了置换、代替、代数等多种密码技术。它设计精巧、实现容易、使用方便，堪称是适应计算机环境的近代分组密码的一个典范。DES的设计充分体现了Shannon所阐述的设计密码的思想，标志着密码的设计与分析达到了新的水平。
DES是一种分组密码。明文、密文和密钥的分组长度都是64位。
DES是面向二进制的密码算法。因而能够加解密任何形式的计算机数据。
DES是对合运算，因而加密和解密共用同一算法，从而使工程实现的工作量减半。
DES的密码结构属于Feistel结构。

（1）DES的加密过程

64位密钥经子密钥产生算法产生出16个48位子密钥：K1,K2,…,K16，分别供第1次，第2次，…，第16次加密迭代使用。
64位明文首先经过初始置换IP，将数据打乱重新排列并分成左右两半，左边32位构成L0，右边32位构成R0。
第i次加密迭代：由轮函数f实现子密钥Ki对Ri-1的加密，结果为32位的数据组f ( Ri-1 , Ki )。f ( Ri-1 , Ki )再与Li-1模2相加，又得到一个32位的数据组Li-1 ⊕ f ( Ri-1 , Ki )。以Li ⊕ f ( Ri-1 , Ki )作为下一次加密迭代的Ri，以Ri-1作为下一次加密迭代的Li ( i = 1,2,…,16)。
按照上一步的规则进行16次加密迭代。
第16次加密迭代结束后，以R16为左，L16为右，合并产生一个64位的数据组。再经过逆初始置换IP-1，将数据重新排列，便得到64位密文。

（2）DES的解密过程

64位密钥经子密钥产生算法产生出16个48位子密钥：K1,K2,…,K16，分别供第1次，第2次，…，第16次解密迭代使用。
64位密文首先经过初始置换IP，将数据打乱重新排列并分成左右两半，左边32位构成R16，右边32位构成L16。
第17-i次解密迭代：由轮函数f实现子密钥Ki对Li的解密，结果为32位的数据组f ( Li , Ki )。f ( Li , Ki )再与Ri模2相加，又得到一个32位的数据组Ri ⊕ f ( Li , Ki )。以Ri ⊕ f ( Li , Ki )作为下一次解密迭代的Li-1，以Li作为下一次解密迭代的Li-1 ( i = 16,15,…,1)。
按照上一步的规则进行16次解密迭代。
第16次解密迭代结束后，以L0为左，R0为右，合并产生一个64位的数据组。再经过逆初始置换IP-1，将数据重新排列，便得到64位明文。

（3）java实现

/**
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public class DES {

    /**
     * 算法秘钥
     */
    private static final byte[] DES_KEY = {11, 21, 1, -110, 82, -32, -85, -128, -65 ,44,-2};

    /**
     * 算法名字
     */
    private static final String ALGORITHM_NAME = "DES";
    /**
     * 数据加密，算法（DES）
     * @param data
     * 要进行加密的数据
     * @return 加密后的数据
     */
    public static byte[] encryptDes(byte[] data) {
        try {
            // DES算法要求有一个可信任的随机数源
            DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(DES_KEY);
            // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成一个SecretKey对象
            SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            SecretKey key = keyFactory.generateSecret(desKey);
            // 加密对象
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            // 加密
            return cipher.doFinal(data);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("加密错误，错误信息：", e);
        }
    }

    /**
     * 解密
     * @param cryptData
     * @return
     */
    public static byte[] decryptBasedDes(byte[] cryptData) {
        try {
            // DES算法要求有一个可信任的随机数源
            DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(DES_KEY);
            // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成一个SecretKey对象
            SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            SecretKey key = keyFactory.generateSecret(desKey);
            // 解密对象
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
            // 把字符串解码为字节数组，并解密
            return cipher.doFinal(cryptData);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("解密错误，错误信息：", e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        String data = "itnanls is so shuai";

        byte[] result = encryptDes(data.getBytes());
        System.out.println("加密后：" + Base64.getEncoder().encode(result));

        // DES数据解密
        byte[] source = decryptBasedDes(result);
        System.err.println("解密后:" + new String(source));
    }
}

2、AES

（1）介绍

密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

这个标准用来替代原先的DES（Data Encryption Standard），已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一 [1] 。

（2）java实现

/**
 * /**
 *
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public class AESUtil {

    /**
     * 算法秘钥
     */
    private static final byte[] AES_KEY = {11, 21, 1, -110, 82, -32, -85,
            -128, -65, 44, -2, 23, 12, 32, 23, 45};

    /**
     * 算法名字
     */
    private static final String ALGORITHM_NAME = "AES";

    public static byte[] encrypt(byte[] src) {
        try {
            // 根据秘钥和加密算法，生成秘钥对象
            SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(AES_KEY, ALGORITHM_NAME);
            // 得到加密器的实例
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            // 初始化密码器
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
            return cipher.doFinal(src);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static byte[] decrypt(byte[] src) {
        try {
            SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(AES_KEY, ALGORITHM_NAME);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
            return cipher.doFinal(src);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {

        String src = "itnanls is so cool!";

        byte[] encrypt = encrypt(src.getBytes());
        assert encrypt != null;
        System.out.println(new String(encrypt));

        byte[] decrypt = decrypt(encrypt);
        assert decrypt != null;
        System.out.println(new String(decrypt));
    }
}

五、非对称加密

（1）介绍

RSA加密算法：RSA加密算法是一种非对称加密算法。在公开密钥加密和电子商业中RSA被广泛使用。RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。
RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，该算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但那时想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥，即公钥，而两个大素数组合成私钥。公钥是可发布的供任何人使用，私钥则为自己所有，供解密之用。
解密者拥有私钥，并且将由私钥计算生成的公钥发布给加密者。加密都使用公钥进行加密，并将密文发送到解密者，解密者用私钥解密将密文解码为明文。

（2）java实现

/**
 * @author htl
 * @date 2024/12/25
 */
public class RSATest {

    private static final String PUBLIC_KEY = "publicKey";

    private static final String PRIVATE_KEY = "privateKey";

    private static final String ALGORITHM_NAME = "RSA";

    private static final Integer KEY_SIZE = 1024;

    public static final RsaKeyPair RSA_KEY_PAIR = new RsaKeyPair();

    /**
     * 存放密钥对的静态内部类
     */
    private static final class RsaKeyPair {
        public RSAPublicKey publicKey;
        public RSAPrivateKey privateKey;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        initKey();

        // 公钥加密，私钥解密，比人加密给我看，就是加密
        byte[] publicKeyEncrypt = encryptByPublicKey("123".getBytes());
        byte[] privateKeyDecrypt = decryptByPrivateKey(publicKeyEncrypt);
        System.out.println(new String(privateKeyDecrypt));
        // 私钥加密，公钥解密，我加密了，别人拿公钥解密看，能证明文件是我的，数字签名
        byte[] privateKeyEncrypt = encryptByPrivateKey("123".getBytes());
        byte[] publicKeyDecrypt = decryptByPublicKey(privateKeyEncrypt);
        System.out.println(new String(publicKeyDecrypt));
    }

    // 初始化密钥对
    public static void initKey(){
        // 实例化密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGen = null;
        try {
            keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM_NAME);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 初始化密钥对生成器
        assert keyPairGen != null;
        keyPairGen.initialize(KEY_SIZE);

        // 生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();

        // 公钥
        RSA_KEY_PAIR.publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();

        // 私钥
        RSA_KEY_PAIR.privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

    }

    /**
     * 公钥解密
     * @param data
     * 待解密数据
     * @return byte[] 解密数据
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data)
            throws Exception {

        // 取得公钥
        // 此类表示根据 ASN.1 类型 SubjectPublicKeyInfo 进行编码的公用密钥的 ASN.1 编码。
        // X.509 标准中定义的 SubjectPublicKeyInfo 语法
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec =
                new X509EncodedKeySpec(RSA_KEY_PAIR.publicKey.getEncoded());
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);

        // 生成公钥
        PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

        // 对数据解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);

        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 公钥加密
     * @param data
     * 待加密数据
     * @return byte[] 加密数据
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data)
            throws Exception {

        // 取得公钥
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec =
                new X509EncodedKeySpec(RSA_KEY_PAIR.publicKey.getEncoded());

        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);

        PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);

        // 对数据加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_NAME);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);

        // 完成加密
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * 私钥加密
     *
     * @param data
     * 待加密数据
     * @return byte[] 加密数据
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data)
            throws Exception {

        // 取得私钥
        // 该类代表私有密钥的ASN.1编码，根据ASN.1类型PrivateKeyInfo进行编码。
        // PrivateKeyInfo语法在PKCS＃8标准中
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec =
                new PKCS8EncodedKeySpec(RSA_KEY_PAIR.privateKey.getEncoded());
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);

        // 生成私钥
        PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

        // 初始化加密器
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
        // 进行加密
        return cipher.doFinal(data);
    }


    /**
     * 私钥解密
     *
     * @param data
     * 待解密数据
     * @return byte[] 解密数据
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] data)
            throws Exception {

        // 取得私钥
        // 该类代表私有密钥的ASN.1编码，根据ASN.1类型PrivateKeyInfo进行编码。
        // PrivateKeyInfo语法在PKCS＃8标准中
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec =
                new PKCS8EncodedKeySpec(RSA_KEY_PAIR.privateKey.getEncoded());

        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(ALGORITHM_NAME);

        // 生成私钥
        PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);

        // 对数据解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);

        return cipher.doFinal(data);
    }
}

索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符
0	A	17	R	34	i	51	z
1	B	18	S	35	j	52	0
2	C	19	T	36	k	53	1
3	D	20	U	37	l	54	2
4	E	21	V	38	m	55	3
5	F	22	W	39	n	56	4
6	G	23	X	40	o	57	5
7	H	24	Y	41	p	58	6
8	I	25	Z	42	q	59	7
9	J	26	a	43	r	60	8
10	K	27	b	44	s	61	9
11	L	28	c	45	t	62	+
12	M	29	d	46	u	63	/
13	N	30	e	47	v
14	O	31	f	48	w
15	P	32	g	49	x
16	Q	33	h	50	y

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3	D	20	U	37	l	54	2
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13	N	30	e	47	v
14	O	31	f	48	w
15	P	32	g	49	x
16	Q	33	h	50	y

学习笔记075——编码和加密

文章目录

一、URLENCODE

（1）为什么使用

（2）转换规则

（3）java 实现

二、Base64编解码

1、Base64是什么

2、使用场景

3、加密规则

4、总结

5、Base64程序

三、hash摘要算法

1、MD5

2、SHA1

3、SHA256

4、SHA512

四、对称加密

1、DES算法

（1）DES的加密过程

（2）DES的解密过程

（3）java实现

2、AES

（1）介绍

（2）java实现

五、非对称加密

（1）介绍

（2）java实现

索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符	索引	对应字符
0	A	17	R	34	i	51	z
1	B	18	S	35	j	52	0
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