为了防止我们的数据泄露，我们往往会对数据进行加密，特别是敏感数据，我们要求的安全性更高。下面将介绍几种常用的加密算法使用。这些算法的加密对象都是基于二进制数据，如果要加密字符串就使用统一编码（如：utf8）进行编码后加密。

1.摘要算法

常用的摘要算法有MD5,SHA1。摘要算法是一个不可逆过程，就是无论多大数据，经过算法运算后都是生成固定长度的数据,一般结果使用16进制进行显示。
MD5和SHA1的区别：MD5结果是128位摘要，SHa1是160位摘要。那么MD5的速度更快，而SHA1的强度更高。

下面统一使用MD5算法进行说明，SHA1类似。
主要用途有：验证消息完整性，安全访问认证，数据签名。

• 消息完整性：由于每一份数据生成的MD5值不一样，因此发送数据时可以将数据和其MD5值一起发送，然后就可以用MD5验证数据是否丢失、修改。
• 安全访问认证：这是使用了算法的不可逆性质，（就是无法从MD5值中恢复原数据）对账号登陆的密码进行MD5运算然后保存，这样可以保证除了用户之外，即使数据库管理人员都无法得知用户的密码。
• 数字签名：这是结合非对称加密算法和CA证书的一种使用场景。

一般破解方法：字典法，就是将常用密码生成MD5值字典，然后反向查找达到破解目的，因此建议使用强密码。

MD5的使用—对文件进行摘要。

    //对文件进行MD5摘要
    public static String getMD5(String path){

        String pathName = path;
        String md5= "";
        try {
            File file = new File(pathName);
            FileInputStream ins = new FileInputStream(file);
            FileChannel ch = ins.getChannel();
            MappedByteBuffer byteBuffer = ch.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0,file.length());       
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            md.update(byteBuffer);
            ins.close();
            md5 = toHexString(md.digest());
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return md5;
    }

    //以16进制编码进行输出
    final static char hex[] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
    public static String toHexString(byte[] tmp){
        String s;
        char str[] = new char[tmp.length*2];
        int k =0;
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            byte byte0 = tmp[i];
            str[k++] = hex[byte0>>>4&0xf];
            str[k++] = hex[byte0&0xf];
        }
        s=new String(str);
        return s;
    }

SHA1的使用

    //对文件进行SHA1摘要
    public static String getSHA1(String path){
        String pathName = path;
        String sha1= "";
        try {
            File file = new File(pathName);
            FileInputStream ins = new FileInputStream(file);
            FileChannel ch = ins.getChannel();
            MappedByteBuffer byteBuffer = ch.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0,file.length());       
            MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
            sha.update(byteBuffer);
            ins.close();
            sha1 = toHexString(sha.digest());
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return sha1;
    }

可以发现我们的关键代码就是

    MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
    sha.update(byteBuffer);
    ins.close();
    byte[] r = sha.digest());

只是不同的算法初始化时不同罢了。MessageDigest.getInstance("SHA-1")
另外还可以使用

DigestUtils.sha1(data)；
DigestUtils.md5Hex(data)；

上面实现使用的是Apache下面的一个加解密开发包commons-codec
官方地址为：http://commons.apache.org/codec/
官方下载地址：http://commons.apache.org/codec/download_codec.cgi

2.对称加密算法

对称加密算法只是为了区分非对称加密算法。其中鲜明的特点是对称加密是加密解密使用相同的密钥，而非对称加密加密和解密时使用的密钥不一样。对于大部分情况我们都使用对称加密，而对称加密的密钥交换时使用非对称加密，这有效保护密钥的安全。非对称加密加密和解密密钥不同，那么它的安全性是无疑最高的，但是它加密解密的速度很慢，不适合对大数据加密。而对称加密加密速度快，因此混合使用最好。
常用的对称加密算法有：AES和DES.

• DES：比较老的算法，一共有三个参数入口（原文，密钥，加密模式）。而3DES只是DES的一种模式，是以DES为基础更安全的变形，对数据进行了三次加密，也是被指定为AES的过渡算法。
• AES:高级加密标准，新一代标准，加密速度更快，安全性更高（不用说优先选择）

AES的使用

AES密钥长度可以选择128位【16字节】，192位【24字节】和256位【32字节】密钥（其他不行，因此别乱设密码哦）。

    /**使用AES对字符串加密
     * @param str utf8编码的字符串
     * @param key 密钥（16字节）
     * @return 加密结果
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] aesEncrypt(String str, String key) throws Exception { 
           if (str == null || key == null) return null; 
           Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
           cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key.getBytes("utf-8"), "AES")); 
           byte[] bytes = cipher.doFinal(str.getBytes("utf-8")); 
           return  bytes;
       } 
    /**使用AES对数据解密
     * @param bytes utf8编码的二进制数据
     * @param key 密钥（16字节）
     * @return 解密结果
     * @throws Exception
     */
       public static String aesDecrypt(byte[] bytes, String key) throws Exception { 
           if (bytes == null || key == null) return null; 
           Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); 
           cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key.getBytes("utf-8"), "AES")); 
           bytes = cipher.doFinal(bytes);
           return new String(bytes, "utf-8"); 
       } 

上面代码是对字符串进行的加解密。但要注意的是AES算法的所有参数都是字节码的（包括密钥）。因此字符串字符需要转换成字节码后进行加密str.getBytes("utf-8")按照字符串的编码进行转换。另外参数：”AES/ECB/PKCS5Padding”在加密和解密时必须相同，可以直接写”AES”,这样就是使用默认模式（C#和java默认的模式不一样，C#中默认的是这种,java的默认待研究）。分别的意思为：AES是加密算法，ECB是工作模式，PKCS5Padding是填充方式。
AES是分组加密算法，也称块加密。每一组16字节。这样明文就会分成多块。当有一块不足16字节时就会进行填充。
一共有四种工作模式：

• ECB 电子密码本模式：相同的明文块产生相同的密文块，容易并行运算，但也可能对明文进行攻击。
• CBC 加密分组链接模式：一块明文加密后和上一块密文进行链接，不利于并行，但安全性比ECB好，是SSL,IPSec的标准。
• CFB 加密反馈模式：将上一次密文与密钥运算，再加密。隐藏明文模式，不利于并行，误差传递。
• OFB 输出反馈模式：将上一次处理过的密钥与密钥运算，再加密。隐藏明文模式，不利于并行，有可能明文攻击，误差传递。

PKCS5Padding的填充方式是差多少字节就填数字多少；刚好每一不足16字节时，那么就会加一组填充为16.还有其他填充模式【Nopadding,ISO10126Padding】（不影响算法，加密解密时一致就行）。

DES的使用

和AES类似，指定为DES就行。3DES指定为”DESede”,DES密钥长度是56位，3DES加长了密钥长度，可以为112位或168位，所以安全性提高，速度降低。工作模式和填充模式标准和AES一样。

    /**使用DES对字符串加密
     * @param str utf8编码的字符串
     * @param key 密钥（56位，7字节）
     * @return 加密结果
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] desEncrypt(String str, String key) throws Exception { 
           if (str == null || key == null) return null; 
           Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); 
           cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key.getBytes("utf-8"), "DES")); 
           byte[] bytes = cipher.doFinal(str.getBytes("utf-8")); 
           return  bytes;
       } 
    /**使用DES对数据解密
     * @param bytes utf8编码的二进制数据
     * @param key 密钥（16字节）
     * @return 解密结果
     * @throws Exception
     */
       public static String desDecrypt(byte[] bytes, String key) throws Exception { 
           if (bytes == null || key == null) return null; 
           Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding"); 
           cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key.getBytes("utf-8"), "DES")); 
           bytes = cipher.doFinal(bytes);
           return new String(bytes, "utf-8"); 
       } 

3.非对称加密（RSA）

这里主要对RSA进行介绍。
对称加密加密解密使用的是相同的密钥，而非对称加密加密解密时使用的不同的密钥，分为公钥（public key）和私钥(private key).公钥可以公开，而私钥自己保存。它利用的是两个大质数相乘十分容易，而对其乘积进行因素分解十分困难。这样就可以将乘积作为密钥了,这个乘积为N值，根据两个大质数选择e和生成d,删掉两个大质数。这样（N,e）为公钥，（N,d）为私钥，公钥无法破解出私钥（不作详细介绍，我们不是研究算法的）。由于非对称加密的密钥生成麻烦，所以无法做到一次一密，而且其加密速度很慢，无法对大量数据加密。因此最常用的使用场景就是数字签名和密码传输，用作数字签名时使用私钥加密，公钥解密；用作加密解密时，使用公钥加密，私钥解密。

需要注意的是RSA加密是有长度限制的，1024位密钥可以加密128字节（1024位），不满128字节的使用随机数填充，但是RSA实现中必须要加随机数（11字节以上），所以明文长度最大为117字节，然后剩下的加入随机数。这也产生了每次加密结果每一次都不一样的特点。

如果明文长度超过限制怎么办？

• 1.可以与对称加密混合使用，一次一密产生对称加密的密钥，然后使用此密钥进行数据对称加密，再使用RSA私钥对对称密钥加密，一起保存。解密时使用公钥解密出密钥，然后进行数据解密。
• 2.可以分段加密。将明文按117字节分成多段，加密后再拼接起来。由于每一段密文长度都是128字节，所以解密时按照128字节分段解密。

java的RSA密钥生成与使用

简单使用

下面是java中的使用方法，先是生成密钥对，然后加密，再解密。需要注意的是这个方法是不能跨语言使用的，因为里面对公钥和私钥用到的序列化是java的序列化。
由于加密后的密文都是字节码形式的，我们要以字符串方式保存或传输的话，可以使用Base64编码。

public class RSAUtil {
    /** 指定加密算法为RSA */
    private static String ALGORITHM = "RSA";
    /*指定加密模式和填充方式*/
    private static String ALGORITHM_MODEL = "RSA/ECB/PKCS1Padding";
    /** 指定key的大小，一般为1024，越大安全性越高 */
    private static int KEYSIZE = 1024;
    /** 指定公钥存放文件 */
    private static String PUBLIC_KEY_FILE = "PublicKey";
    /** 指定私钥存放文件 */
    private static String PRIVATE_KEY_FILE = "PrivateKey";

    /**
     * 生成密钥对
     */
    private static void generateKeyPair() throws Exception {
        /** RSA算法要求有一个可信任的随机数源 */
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
        /** 为RSA算法创建一个KeyPairGenerator对象 */
        KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        /** 利用上面的随机数据源初始化这个KeyPairGenerator对象 */
        kpg.initialize(KEYSIZE, sr);
        /** 生成密匙对 */
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
        /** 得到公钥 */
        Key publicKey = kp.getPublic();
        /** 得到私钥 */
        Key privateKey = kp.getPrivate();
        /** 用对象流将生成的密钥写入文件 */
        ObjectOutputStream oos1 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
                PUBLIC_KEY_FILE));
        ObjectOutputStream oos2 = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
                PRIVATE_KEY_FILE));
        oos1.writeObject(publicKey);
        oos2.writeObject(privateKey);
        /** 清空缓存，关闭文件输出流 */
        oos1.close();
        oos2.close();
    }

    /**
     * 加密方法 source： 源数据
     */
    public static byte[] encrypt(String source) throws Exception {

        /** 将文件中的公钥对象读出 */
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                PUBLIC_KEY_FILE));
        Key key = (Key) ois.readObject();
        ois.close();
        /** 得到Cipher对象来实现对源数据的RSA加密 */
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_MODEL);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        byte[] b = source.getBytes();
        /** 执行加密操作 */
        byte[] b1 = cipher.doFinal(b);
        return b1;
    }

    /**
     * 解密算法 cryptograph:密文
     */
    public static String decrypt(byte[] cryptograph) throws Exception {
        /** 将文件中的私钥对象读出 */
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                PRIVATE_KEY_FILE));
        Key key = (Key) ois.readObject();
        /** 得到Cipher对象对已用公钥加密的数据进行RSA解密 */
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM_MODEL);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        /** 执行解密操作 */
        byte[] b = cipher.doFinal(cryptograph);
        return new String(b);
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        generateKeyPair();//生成密钥对
        String source = "Hello World!";// 要加密的字符串
        byte[] cryptograph = encrypt(source);// 生成的密文

        //可以将密文进行base64编码进行传输
        System.out.println(new String(Base64.encode(cryptograph)));

        String target = decrypt(cryptograph);// 解密密文
        System.out.println(target);
    }
}

RSA密钥使用Base64编码

要灵活使用肯定不能使用java的序列化保存了，我们对上面的generateKeyPair()方法进行改写。通过密钥生成器生成公钥，私钥后，调用publicKey.getEncoded()和privateKey.getEncoded()，此时它生成的比特编码是有独特格式的（公钥是X.509，私钥是PKCS#8）可以使用publicKey.getFormat()，privateKey.getFormat();进行查看。之后对字节码进行Base64编码就行了。

密钥生成方法

    //以base64编码密钥
    public Map<String ,String> generateKeyPair1() throws Exception{
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
        KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        kpg.initialize(1024, sr);
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
        Key publicKey = kp.getPublic();
        Key privateKey = kp.getPrivate();
        byte[] pb = publicKey.getEncoded();
        String pbStr =  new String(Base64.encode(pb));
        byte[] pr = privateKey.getEncoded();
        String prStr =  new String(Base64.encode(pr));
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        map.put("publicKey",pbStr);
        map.put("privateKey", prStr);
        return map;
    }

恢复密钥方法，使用各自不同的编码形式恢复

    //从base64编码的公钥恢复公钥
    public PublicKey getPulbickey(String key_base64) throws Exception{
        byte[] pb = Base64.decode(key_base64).getBytes();
        X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(pb);
        KeyFactory  keyfactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return keyfactory.generatePublic(keySpec);
    }
    //从base64编码的私钥恢复私钥
    public PrivateKey getPrivatekey(String key_base64) throws Exception{
        byte[] pb = Base64.decode(key_base64).getBytes();
        PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(pb);
        KeyFactory  keyfactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
        return keyfactory.generatePrivate(keySpec);
    }

加密解密方法都类似下面,PrivateKey和PublicKey是Key的子接口。

    /** 执行加密操作 */
    public static byte[] encrypt(Key key,byte[] source) throws Exception{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        byte[] ciphertext = cipher.doFinal(source);
        return ciphertext;
    }
    /** 执行加密操作 */
    public static byte[] decrypt(Key key,byte[] ciphertext) throws Exception{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        byte[] source = cipher.doFinal(ciphertext);
        return source;
    }

记录RSA的密钥特征值并进行密码恢复

所谓特征值就是RSA中公钥（N,e）私钥（N,d）的三个值：N,e,d。只要有这三个值我们就可以恢复密钥了。这是实际开发中常用的方法。首先是提取特征值，我们需要将PublicKey强制转换为RSAPublicKey.然后获取，看代码。

    //提取特征值保存，以base64编码密钥
        public static Map<String ,String> generateKeyPair2() throws Exception{
            SecureRandom sr = new SecureRandom();
            KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            kpg.initialize(1024, sr);
            KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
            Key publicKey = kp.getPublic();
            Key privateKey = kp.getPrivate();
            RSAPublicKey rpk = (RSAPublicKey)publicKey;
            RSAPrivateKey rpr= (RSAPrivateKey)privateKey;
            //三个特征值都是BigInteger类型。
            BigInteger N = rpk.getModulus();//N值
            BigInteger e = rpk.getPublicExponent();//e值
            BigInteger d  = rpr.getPrivateExponent();//d值
            Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
            //将BigInteger转为byte[],然后以base64保存
            map.put("N",new String(Base64.decode(N.toByteArray())));
            map.put("e", new String(Base64.decode(e.toByteArray())));
            map.put("d", new String(Base64.decode(d.toByteArray())));
            return map;
        }

利用三个特征值就可以非常容易恢复密钥了。

    //从base64编码的特征值(N,e)恢复公钥
        public static PublicKey getPulbickey(String N_Str,String e_Str) throws Exception{
            BigInteger N = new BigInteger(1, Base64.decode(N_Str.getBytes()));
            BigInteger e = new BigInteger(1, Base64.decode(e_Str.getBytes()));
            KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
            RSAPublicKeySpec ps = new RSAPublicKeySpec(N, e);
            PublicKey pkey = kf.generatePublic(ps);
            return pkey;
        }
    //从base64编码的特征值（N,d）恢复私钥
    public static PrivateKey getPrivatekey(String N_Str,String d_Str) throws Exception{
        BigInteger N = new BigInteger(1, Base64.decode(N_Str.getBytes()));
        BigInteger d = new BigInteger(1, Base64.decode(d_Str.getBytes()));
        KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
        RSAPrivateKeySpec ps = new RSAPrivateKeySpec(N, d);
        PrivateKey pkey = kf.generatePrivate(ps);
        return pkey;
    }

C#生成的密钥java中使用–记录特征值的例子

C#生成的公钥是保存在xml文件中的，使用的是Base64编码，因此我们先解析出密钥对象，然后再使用公钥加密，而让C#端服务器进行解密。Modulus就是N值，Exponent就是e值，然后组成（N,e）公钥。
C#的密钥形式如：

<RSAKeyValue>
<Modulus>7gFGAUTUBiSi8j+oZ4JY4NUNCfdGIxFLhKE0c4SbiHvNAiD7rxWnmuqXK4nVzOyjJsmCViA1aRN3+Tf5xMqxtjjCKWNRWAp5LMp2AfL3DrDcWV/ZjwPIUO52yEa+q2PyJ0OMgRxBA80WWBzv+EJm7/rq8wP9gpVI+HY0ACH8Kmk=
</Modulus>
<Exponent>AQAB</Exponent>
</RSAKeyValue>

//从xml中获取公钥
    public static PublicKey getPublicKey(String xmlkey) throws Exception {
        Document doc = XmlUtil.parseXml(xmlkey);
        Node node = doc.getChildNodes().item(0);
        NodeList list = node.getChildNodes();
        String e = null, m = null;
        for (int i = 0; i < list.getLength(); i++) {
            String nodename = list.item(i).getNodeName();
            String value = list.item(i).getTextContent();
            if (nodename.equals("Modulus")) {
                e = value;
            } else if (nodename.equals("Exponent")) {
                m = value;
            }
        }
        BigInteger b1 = new BigInteger(1, Base64.decode(e.getBytes()));
        BigInteger b2 = new BigInteger(1, Base64.decode(m.getBytes()));
        System.out.println(b1 + "\n" + b2);
        KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("RSA");
        RSAPublicKeySpec ps = new RSAPublicKeySpec(b1, b2);
        PublicKey pkey = kf.generatePublic(ps);
        return pkey;
    }

    //RSA加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data,PublicKey publickey) {
        if (publickey == null || data == null) {
            return null;
        }
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publickey);
            return cipher.doFinal(data);
        } catch (Exception e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    //字符串转Document
    public static Document parseXml(String str) throws ParserConfigurationException, SAXException, IOException{
        StringReader reader = new StringReader(str);
        InputSource source = new InputSource(reader);
        DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
        DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
        return builder.parse(source);
    }

4.编码的使用

常见的编码有Base64,HEX和对URL的编码。这都是为了实际需要才进行的编码。HEX是编码成16进制字符，MD5一般就是以HEX进行编码，这不说了。

Base64

Base64一开始是为了解决邮件中不能传文件和图片问题而使用的，将无法阅读的二进制码转化成字符形式，字符为（A-Za-z0-9+/）。它的原理是将3个8位字节（24位）转化为4个6位字节（24位），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节形式，如果剩下的不足3字节，则用0填充，输出字符使用”=”,所以编码后文本可能出现1个或2个’=’.这样就将原本3个字节变成了4个字节，那就是64种编码了。当然，除了对二进制数据编码，还可以对字符串编码来隐藏明文，让别人不那么容易看懂。
由于jdk中的base64是不开发使用了 ，所有需要下载到网上下载Base64包，我使用的是 javaBase64-1.2.jar，另外android sdk中是带有base64的，位置是android.util.Base64

/*这里使用的是android.util.base64*/
byte[] input = "hello world".getBytes("utf8");
//编码    
byte[] encodeData = Base64.encode(input , 0);
//解码        
byte[] result = Base64.decode(encodeData , 0);

URL的编码

url一般使用的都是英文、数字和某些符号，而对于特殊符号，中文等这些是不允许使用的。因此我们要在url请求中加入特殊符号，中文等就需要对它们进行编码。http请求时，url部分是必须编码的，get的请求字段可以不进行url编码。比如
http://www.baidu.com/中文?wd=国际
“中文”必须进行url编码，“国际”可以不用。
那url编码到底是怎么进行编码的呢？
都是在16进制前面加上‘%’表示。对于一些字符使用的是”%xx”，而对于中文，就是多个”%xx%xx%xx”，xx的数字有编码的16进制决定（没有指定字符编码（utf8），则使用默认编码），然后每一字节前面加”%”。
Android 中提供的URL编码解码方法。

String d = URLEncoder.encode('中文'，"utf8");
String f = URLDecoder.decode("%20");

RSA参考文章：
【1】 RSA算法使用介绍
【2】使用X.509数字证书加密解密实务（二）– 证书的获得和管理