Java 函数实现字符串加密和解密

字符串加密和解密是现代密码学的基础，也是网络应用中常见的安全需求，Java 作为一门广泛应用于企业级应用的高级编程语言，提供了许多实现字符串加密和解密的函数。本文将简要介绍 Java 中常用的字符串加密和解密函数的实现原理和使用方法。

1. MD5 加密

MD5 是一种常用的密码加密算法，它将任意长度的消息作为输入，经过一系列复杂的运算，得到一个 128 位长的输出。Java 中提供了 java.security.MessageDigest 类来实现 MD5 加密功能。该类具有如下方法：

public static MessageDigest getInstance(String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException;
public void update(byte[] input);
public void update(byte[] input, int offset, int len);
public byte[] digest();

其中，getInstance 方法用于获取指定算法的 MessageDigest 实例，update 方法用于向实例中添加数据，digest 方法用于计算实例的摘要值并返回 byte 数组。以下是一个 MD5 加密的简单实现：

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class MD5 {
    public static String encrypt(String plaintext) {
        try {
            MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
            md5.update(plaintext.getBytes("UTF-8"));
            byte[] cipherBytes = md5.digest();
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (byte b : cipherBytes) {
                sb.append(String.format("%02x", b & 0xff));
            }
            return sb.toString();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(encrypt("hello world"));
    }
}

2. Base64 编码

Base64 编码是将任意二进制数据转换为可打印字符的一种编码方式，常用于在邮件、网页中传输数据。Java 中提供了 java.util.Base64 类来实现 Base64 编码和解码。该类具有如下方法：

public static Encoder getEncoder();
public static Decoder getDecoder();

其中，getEncoder 方法用于获取编码器实例，getDecoder 方法用于获取解码器实例。以下是一个 Base64 编码的简单实现：

import java.util.Base64;

public class Base64Demo {
    public static String encrypt(String plaintext) {
        byte[] plainBytes = plaintext.getBytes();
        return Base64.getEncoder().encodeToString(plainBytes);
    }

    public static String decrypt(String ciphertext) {
        byte[] cipherBytes = Base64.getDecoder().decode(ciphertext);
        return new String(cipherBytes);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String plaintext = "hello world";
        String ciphertext = encrypt(plaintext);
        System.out.println("ciphertext: " + ciphertext);
        String plaintext2 = decrypt(ciphertext);
        System.out.println("plaintext2: " + plaintext2);
    }
}

3. DES 加密

DES 是一种对称加密算法，它使用相同的密钥进行加密和解密。Java 中提供了 javax.crypto.Cipher 类来实现 DES 加密和解密。该类具有如下方法：

public static Cipher getInstance(String transformation) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException;
public void init(int opmode, Key key) throws InvalidKeyException;
public void init(int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params) throws InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException;
public byte[] doFinal(byte[] input) throws IllegalBlockSizeException, BadPaddingException;

其中，getInstance 方法用于获取 Cipher 实例，opmode 参数表示加密还是解密，key 参数表示密钥，AlgorithmParameterSpec 参数表示加密的参数。doFinal 方法用于加密或解密数据并返回 byte 数组。以下是一个 DES 加密的简单实现：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;

public class DESDemo {
    private static Cipher cipher;
    private static SecretKey key;

    static {
        try {
            cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
            keyGenerator.init(56);
            key = keyGenerator.generateKey();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static byte[] encrypt(String plaintext) {
        try {
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            return cipher.doFinal(plaintext.getBytes());
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static byte[] decrypt(byte[] ciphertext) {
        try {
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
            return cipher.doFinal(ciphertext);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String plaintext = "hello world";
        byte[] ciphertext = encrypt(plaintext);
        System.out.println("ciphertext: " + new String(ciphertext));
        byte[] plaintext2Bytes = decrypt(ciphertext);
        String plaintext2 = new String(plaintext2Bytes);
        System.out.println("plaintext2: " + plaintext2);
    }
}

4. RSA 加密

RSA 是一种非对称加密算法，它使用公钥加密数据，私钥解密数据。Java 中提供了 java.security.KeyPairGenerator、java.security.KeyPair、java.security.Key、javax.crypto.Cipher 类来实现 RSA 加密和解密。下面是一个 RSA 加密的简单实现：

import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import javax.crypto.Cipher;

public class RSADemo {
    private static KeyPair keyPair;
    private static PublicKey publicKey;
    private static PrivateKey privateKey;

    static {
        try {
            KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            keyPairGenerator.initialize(1024);
            keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
            publicKey = keyPair.getPublic();
            privateKey = keyPair.getPrivate();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static byte[] encrypt(String plaintext) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            return cipher.doFinal(plaintext.getBytes());
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static byte[] decrypt(byte[] ciphertext) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            return cipher.doFinal(ciphertext);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String plaintext = "hello world";
        byte[] ciphertext = encrypt(plaintext);
        System.out.println("ciphertext: " + new String(ciphertext));
        byte[] plaintext2Bytes = decrypt(ciphertext);
        String plaintext2 = new String(plaintext2Bytes);
        System.out.println("plaintext2: " + plaintext2);
    }
}

总结：本文主要介绍了 Java 中常用的字符串加密和解密函数的实现原理和使用方法，分别介绍了 MD5 加密、Base64 编码、DES 加密、RSA 加密。这些函数在企业级应用中有着广泛的应用，是保障数据安全的基础。