Java常用加密算法详解与实战代码 - 附可直接运行的测试示例

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1. 前言

在信息安全领域，加密算法是保护数据机密性、完整性和身份认证的核心手段。Java 标准库及第三方框架（如 BouncyCastle）提供了丰富的加解密实现，
这里博主将结合 Java 代码，详细介绍常用的几类加密算法，并给出可直接运行的测试示例，帮助小伙伴们快速上手。

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2. 加密算法基础分类

2.1 哈希算法

• 特点：单向不可逆，固定长度输出
• 用途：数据完整性验证、密码存储
• 代表算法：MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-512

2.2 对称加密算法

• 特点：加密解密使用相同密钥
• 优势：速度快，适合大数据量加密
• 代表算法：AES、DES、3DES、RC4

2.3 非对称加密算法

• 特点：公钥加密，私钥解密
• 优势：安全性高，解决密钥分发问题
• 代表算法：RSA、ECC、DSA

2.4 消息认证码（MAC）

• 特点：带密钥的哈希函数
• 用途：验证消息完整性和来源
• 代表算法：HMAC

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3. 哈希算法

3.1 原理与特点

Hash（摘要）：将任意长度的数据“压缩”成定长的输出，常用于数据完整性校验。
不可逆：无法从摘要反向推算原文；对抗碰撞攻击（不同输入产生相同输出）是设计目标之一。

3.2 Java 示例

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;public class HashUtils {public static String hash(String input, String algorithm) {try {MessageDigest md = MessageDigest.getInstance(algorithm);byte[] digest = md.digest(input.getBytes());// 转为十六进制StringBuilder sb = new StringBuilder();for (byte b : digest) {sb.append(String.format("%02x", b & 0xff));}return sb.toString();} catch (NoSuchAlgorithmException e) {throw new RuntimeException("Unknown algorithm: " + algorithm, e);}}// 测试主函数public static void main(String[] args) {String text = "HelloWorld";System.out.println("MD5:    " + hash(text, "MD5"));System.out.println("SHA-1:  " + hash(text, "SHA-1"));System.out.println("SHA-256:" + hash(text, "SHA-256"));}
}

运行后，你将看到三种摘要值，验证不同算法的输出长度和差异。

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4. 对称加密算法

对称加密使用同一个密钥进行加解密，速度快，适合大数据量场景。

由于 DES 已较为过时，不推荐在新项目中使用，这里就不做DES介绍了，下面主要讲解一下AES

2.1 AES（Advanced Encryption Standard）

密钥长度：128/192/256 位
模式：ECB（电子密码本）、CBC（密码分组链接）等；CBC 更安全但需 IV

2.2 AES 示例

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.util.Base64;public class AESUtils {// 生成 AES 密钥public static SecretKey genKey(int keySize) throws Exception {KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES");kg.init(keySize);return kg.generateKey();}// 加密public static String encrypt(String plaintext, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext.getBytes());return Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted);}// 解密public static String decrypt(String ciphertext, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv);byte[] decoded = Base64.getDecoder().decode(ciphertext);byte[] decrypted = cipher.doFinal(decoded);return new String(decrypted);}public static void main(String[] args) throws Exception {String text = "SecretMessage";SecretKey key = genKey(128);// 随机 IV，也可使用固定 IV（不推荐）byte[] ivBytes = new byte[16];System.arraycopy("RandomInitVector".getBytes(), 0, ivBytes, 0, 16);IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(ivBytes);String cipherText = encrypt(text, key, iv);String plainText = decrypt(cipherText, key, iv);System.out.println("原文: " + text);System.out.println("加密: " + cipherText);System.out.println("解密: " + plainText);}
}

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5. 非对称加密算法

5.1 RSA算法

算法特点：

基于大数分解难题
密钥长度：1024-4096位
用途：数字签名、密钥交换

import javax.crypto.Cipher;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;public class RSAExample {public static void main(String[] args) throws Exception {String plainText = "Java非对称加密算法";// 生成密钥对KeyPair keyPair = generateRSAKeyPair();PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 公钥加密byte[] cipherText = encryptRSA(plainText, publicKey);System.out.println("RSA加密结果: " + Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText));// 私钥解密String decryptedText = decryptRSA(cipherText, privateKey);System.out.println("RSA解密结果: " + decryptedText);// 数字签名示例byte[] signature = signData(plainText, privateKey);boolean isValid = verifySignature(plainText, signature, publicKey);System.out.println("签名验证结果: " + isValid);}public static KeyPair generateRSAKeyPair() throws Exception {KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");keyPairGenerator.initialize(2048); // 密钥长度return keyPairGenerator.generateKeyPair();}public static byte[] encryptRSA(String plainText, PublicKey publicKey) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);return cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));}public static String decryptRSA(byte[] cipherText, PrivateKey privateKey) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding");cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(cipherText);return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);}public static byte[] signData(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception {Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");signature.initSign(privateKey);signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return signature.sign();}public static boolean verifySignature(String data, byte[] signatureBytes, PublicKey publicKey) throws Exception {Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");signature.initVerify(publicKey);signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return signature.verify(signatureBytes);}
}

5.2 ECC（椭圆曲线加密）

算法特点：

同等安全强度下密钥更短
计算效率高
适合移动设备

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.*;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.Base64;public class ECCExample {public static void main(String[] args) throws Exception {String plainText = "Java椭圆曲线加密";// 生成密钥对KeyPair keyPair = generateECCKeyPair();PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();// 密钥序列化/反序列化演示String pubKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(publicKey.getEncoded());String priKeyStr = Base64.getEncoder().encodeToString(privateKey.getEncoded());// 从字符串恢复密钥PublicKey restoredPubKey = restoreECCPublicKey(pubKeyStr);PrivateKey restoredPriKey = restoreECCPrivateKey(priKeyStr);// 数字签名byte[] signature = signDataECC(plainText, restoredPriKey);boolean isValid = verifySignatureECC(plainText, signature, restoredPubKey);System.out.println("ECC签名验证结果: " + isValid);}public static KeyPair generateECCKeyPair() throws Exception {KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC");keyPairGenerator.initialize(256); // 密钥长度return keyPairGenerator.generateKeyPair();}public static PublicKey restoreECCPublicKey(String keyStr) throws Exception {byte[] keyBytes = Base64.getDecoder().decode(keyStr);X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");return keyFactory.generatePublic(keySpec);}public static PrivateKey restoreECCPrivateKey(String keyStr) throws Exception {byte[] keyBytes = Base64.getDecoder().decode(keyStr);PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");return keyFactory.generatePrivate(keySpec);}public static byte[] signDataECC(String data, PrivateKey privateKey) throws Exception {Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");signature.initSign(privateKey);signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return signature.sign();}public static boolean verifySignatureECC(String data, byte[] signatureBytes, PublicKey publicKey) throws Exception {Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");signature.initVerify(publicKey);signature.update(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return signature.verify(signatureBytes);}
}

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6. 消息认证码（HMAC）

HMAC 用于验证数据完整性及认证，结合了 Hash 与密钥。

算法特点：

输入：密钥 + 消息 → 通过 Hash 计算，输出固定长度摘要。
常见算法：HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256

import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;public class HMACExample {public static void main(String[] args) throws Exception {String message = "重要业务数据";String secretKey = "MySecretKey123";// 计算HMACString hmac = calculateHMAC(message, secretKey);System.out.println("HMAC-SHA256: " + hmac);// 验证消息完整性String receivedMessage = "重要业务数据";String receivedHmac = calculateHMAC(receivedMessage, secretKey);System.out.println("HMAC验证结果: " + hmac.equals(receivedHmac));}public static String calculateHMAC(String data, String key) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {Mac sha256Hmac = Mac.getInstance("HmacSHA256");SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "HmacSHA256");sha256Hmac.init(secretKey);byte[] hmacBytes = sha256Hmac.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));return Base64.getEncoder().encodeToString(hmacBytes);}
}

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7. 总结

本文博主介绍了四大类经典加密算法在 Java 中的实现方式：

• 哈希算法：MD5、SHA-1、SHA-256，用于数据完整性校验；
• 对称加密：AES、DES，适合大数据量加密；
• 非对称加密：RSA，实现密钥交换和数字签名；
• 消息认证码：HMAC，用于完整性与认证。

在生产环境中，建议优先选用 AES（至少 128 位）、SHA-256、RSA 2048 位以上，并严格管理密钥和 IV，以确保安全性。希望本文能帮助小伙伴快速掌握 Java 加密实战！
如果你在实践过程中有任何疑问或更好的扩展思路，欢迎在评论区留言，最后希望大家 一键三连 给博主一点点鼓励！

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