Java 密碼學實戰：消息摘要、對稱/非對稱加密、數位簽名與證書

本文以 JDK 1.5 為基礎，通過完整代碼示例演示 Java 加密體系的四大支柱：消息摘要（完整性）、對稱加密（機密性）、非對稱加密（密鑰交換/簽名）、數位簽名（身份驗證/防抵賴）與數位證書（信任鏈）。

1. 消息摘要

單向雜湊函數，常用於密碼存儲、檔案完整性校驗。JDK 提供 MessageDigest 支援 MD5、SHA-1、SHA-256 等演算法。

MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
md.update(plainTextBytes);
byte[] digest = md.digest();

2. 對稱加密（私鑰加密）

加解密使用同一把密鑰，速度快，適合大量資料。典型演算法：AES（128/192/256 位）、DESede。JDK 透過 KeyGenerator 產生密鑰，Cipher 執行加解密。

KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance("AES");
kg.init(128);
Key key = kg.generateKey();
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);

3. 非對稱加密（公鑰加密）

密鑰對：公鑰加密 → 私鑰解密（機密性）；私鑰加密 → 公鑰解密（簽名）。典型演算法：RSA（JDK 1.5+ 內建支援）。速度較慢，通常僅加密對稱密鑰或摘要。

KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
kpg.initialize(1024);
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, kp.getPublic());

4. 數位簽名

流程：資料 → 摘要（SHA-1） → 私鑰加密摘要 → 簽名。驗證：公鑰解密簽名得摘要 → 對比重新計算摘要。JDK 使用 Signature 類實現。

Signature sig = Signature.getInstance("SHA1WithRSA");
sig.initSign(privateKey);
sig.update(data);
byte[] signature = sig.sign();
// 驗證
sig.initVerify(publicKey);
sig.update(data);
boolean ok = sig.verify(signature);

5. 數位證書與 Keytool

解決「公鑰真偽」問題：CA 機構對「身份+公鑰」簽名形成證書。JDK 提供 keytool 管理金鑰庫：

# 產生自簽名證書
keytool -genkey -alias mykey -keyalg RSA -keystore mystore
# 簽名 JAR
jarsigner -keystore mystore app.jar mykey

工程建議

• 生產環境務必使用受信 CA 簽發的證書，而非自簽名。
• 對稱加密優先選 AES-GCM（認證加密），避免 ECB 模式。
• RSA 金鑰長度建議 ≥ 2048 位；長期機密性考慮 3072/4096 位。
• 密碼儲存請使用 bcrypt、PBKDF2 或 Argon2 等慢雜湊，而非單純 SHA/MD5。