Java Cryptography Architecture (JCA) （一）

本文主要介绍Java加密框架（JCA，Java Cryptography Architecture）。Java加密框架主要由java.security和javax.crypto两个包下的API提供服务。

1    加密Java类简介
1.1    Provider
        Provider（java.security.Provider）是Java加密API的关键类。使用Java加密API时，首先需要一个provider。Java SDK自带有一个默认的加密provider，也可以自行指定一个provider。一个常用的provider 是Bouncy Castle。示例代码：
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());

1.2    Cipher
        Cipher类（javax.crypto.Cipher）表示加密使用的算法。Cipher使用前需要创建和初始化。初始化时，可以初始化为加密模式和解密模式。示例代码：
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
加密和解密数据均使用doFinal方法：
         byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);

1.3    Keys
1.3.1    Key
        我们使用密钥（Key类，java.security.Key）进行数据的加密和解密。密钥主要有两种：对称密钥（Symmetric keys）和非对称密钥（Asymmetric keys）。对称密钥使用对称加密算法，使用一个密钥进行数据的加解密。非对称密钥使用非对称加密算法，非对称密钥有公私密钥对等类型。
        使用KeyGenerator类来创建密钥或者公私密钥对，示例代码：
加密密钥：
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGenerator.init(keySize);
secretKey = keyGenerator.generateKey();
公私密钥对：
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
1.3.2    KeyStore
        KeyStore（java.security.KeyStore）类实际上是一个保存密钥的数据库，可以保存三中类型的密钥：私钥、公钥和证书、加密密钥（Secret keys）。其中，私钥和公钥在非对称加密中使用，证书是证明持有公钥的个体身份的文件。加密密钥在对称加密中使用。

1.4    MessageDigest
        消息摘要（MessageDigest）用于鉴别消息是否真实完整。设想你从别处获取一段加密信息，如何去判别这段信息是否有被篡改过呢？
        一种常见的做法是：在加密前，从消息原文中计算出消息摘要（消息原文的哈希值），与消息密文一起发送给接收方。当接收方拿到消息密文和消息摘要后，他将先解密消息密文得到消息原文，然后计算消息原文得到消息摘要，并与接收到的消息摘要做对比，如果两者一致，则消息几乎就是没有被篡改过的。（这里并不能保证100%没有篡改，但是消息真实的可能性极高）
MessageDigest（java.security.MessageDigest）类用于计算消息摘要。
示例代码：
        MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        byte[] digest = messageDigest.digest(plainData);

1.5    MAC
        MAC（Message Authentication Code）类似MessageDigest，区别在于MAC还使用密钥对消息摘要进行加密，只有同时获得消息原文和密钥才能验证MAC。
        这个密钥的存在同时保证了防篡改和防伪造，如果没有密钥，那么消息原文和消息摘要可以同时被修改，此时这个消息是被伪造的。
        由于密钥的保密，攻击者虽然可以篡改消息原文，但是却无法生成对应的消息摘要，由此保证了【防篡改】。只要消息摘要不能伪造，那么那么整个消息也不能伪造，保证了【防伪造】。
        所以MAC可以验证消息的完整性【防篡改】以及辨认是否来自于正确的来源【防伪造】。
示例代码：
Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
SecretKeySpec key = KeyUtil.generateSecretKeySpec();
mac.init(key);
macBytes = mac.doFinal(plainData); 

1.6    Signature
Signature（java.security.Signature）类用于数据的数字签名。对消息原文进行哈希映射获得消息摘要，再对消息摘要进行私钥加密便得到数字签名（Signature）。
MAC的特性和数字签名的特性很相近，区别在于MAC只是针对于互相信任的双方（发送方和接收方，只有这两方具有加密密钥）；而数字签名不仅仅限于双方，可以一方发送，多方接收（Non-repudiation）。因为数字签名使用非对称加密，公钥可以公开分发给多个人。
示例代码：
    Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withRSA");
    signature.initVerify(keyPair.getPublic());
    signature.update(plainData);
    verified = signature.verify(signatureData);