Java中的密码学：加密与哈希

在现代信息安全世界中，密码学扮演着关键角色。Java通过Java密码学架构（JCA）和Java密码学扩展（JCE）提供了强大的内置工具来实现密码学操作。本文将详细讲解主要机制：对称加密、非对称加密和哈希，并提供实际代码示例。

密码学基本概念

在进入代码之前，理解基本密码学原语之间的区别非常重要：

对称加密 — 使用相同的密钥对数据进行加密和解密。速度快，但需要安全传输密钥。
非对称加密 — 使用一对密钥：公钥（用于加密）和私钥（用于解密）。速度较慢，但解决了密钥交换问题。
哈希 — 将数据不可逆地转换为固定长度的字符串。用于完整性验证和密码存储。

Java中的AES对称加密

AES（高级加密标准）是最流行的对称算法。在Java中，通过Cipher类进行操作。以下是字符串加密和解密的示例：

import javax.crypto.Cipher;import javax.crypto.KeyGenerator;import javax.crypto.SecretKey;import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;import java.util.Base64;

public class AesExample {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 生成AES-128密钥        KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");        keyGen.init(128);        SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();                // 原始消息        String originalMessage = "Привет, криптография!";        System.out.println("原始消息: " + originalMessage);                // 加密        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(originalMessage.getBytes("UTF-8"));        String encryptedMessage = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);        System.out.println("加密后的消息: " + encryptedMessage);                // 解密        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedMessage));        String decryptedMessage = new String(decryptedBytes, "UTF-8");        System.out.println("解密后的消息: " + decryptedMessage);    }}

示例中使用了ECB模式（电子密码本）和PKCS5Padding填充。生产环境中建议使用更安全的模式，如CBC或GCM。

RSA非对称加密

RSA是经典的非对称算法。在Java中，使用KeyPairGenerator和Cipher类进行操作。重要提示：RSA只能加密不超过密钥大小的数据（通常为2048位）。对于大量数据，RSA会与对称加密结合使用（混合方案）。

import javax.crypto.Cipher;import java.security.*;import java.util.Base64;

public class RsaExample {    public static void main(String[] args) throws Exception {        // 生成RSA-2048密钥对        KeyPairGenerator keyGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");        keyGen.initialize(2048);        KeyPair keyPair = keyGen.generateKeyPair();        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();                String secretMessage = "Секретные данные";        System.out.println("原始消息: " + secretMessage);                // 使用公钥加密