Java 六大加密技術完整實戰指南

加密體系分類

常用提供者

• JDK 內建：java.security、javax.crypto（位於 jre/lib/jce.jar）
• BouncyCastle (BC)：功能最全、支援國密算法
• Apache Commons Codec：優雅的 Hex/Base64 工具類

六大核心技術實作

1. Base64 編碼

非加密，單純將二進位轉為可列印字串（64 字符表）。常用於 URL 參數傳遞、JSON 嵌入二進位。

public class Base64Strategy {
    public String encode(String src) {
        return Base64.getEncoder().encodeToString(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    }
    public String decode(String src) {
        return new String(Base64.getDecoder().decode(src), StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

2. 訊息摘要

MD5（已不建議用於安全場景）

public String md5(String src) {
    try {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        byte[] digest = md.digest(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Hex.encodeHexString(digest);  // Commons Codec
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

SHA-256（推薦）

public String sha256(String src) {
    try {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        byte[] digest = md.digest(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Hex.encodeHexString(digest);
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

3. 對稱加密

AES（現代標準，推薦）

public class AESStrategy {
    private static final String ALGO = "AES/ECB/PKCS5Padding";  // 生產建議 CBC + IV
    
    public String encrypt(String src, String key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGO);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
    }
    
    public String decrypt(String src, String key) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGO);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
        return new String(cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(src)), StandardCharsets.UTF_8);
    }
}

PBE（基於密碼加密，適合用戶記憶的金鑰）

public class PBEStrategy {
    public String encrypt(String src, String password) throws Exception {
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        byte[] salt = random.generateSeed(8);  // 鹽值
        PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithMD5AndDES");
        SecretKey key = factory.generateSecret(keySpec);
        PBEParameterSpec paramSpec = new PBEParameterSpec(salt, 1000);  // 迭代 1000 次
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithMD5AndDES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec);
        byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        // 實務上需將 salt 與密文一起存儲（如 Base64(salt + ciphertext)）
        return Base64.getEncoder().encodeToString(result);
    }
}

4. 非對稱加密

RSA（加密/簽名雙料冠軍）

public class RSAStrategy {
    private KeyPair keyPair;
    
    public void init(int keySize) throws Exception {
        KeyPairGenerator gen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        gen.initialize(keySize);
        keyPair = gen.generateKeyPair();
    }
    
    // 公鑰加密，私鑰解密
    public String encryptByPublic(String src) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic());
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(src.getBytes()));
    }
    
    public String decryptByPrivate(String src) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.getPrivate());
        return new String(cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(src)));
    }
    
    // 私鑰簽名，公鑰驗證
    public String sign(String src) throws Exception {
        Signature sig = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        sig.initSign(keyPair.getPrivate());
        sig.update(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return Base64.getEncoder().encodeToString(sig.sign());
    }
    
    public boolean verify(String src, String signBase64) throws Exception {
        Signature sig = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        sig.initVerify(keyPair.getPublic());
        sig.update(src.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        return sig.verify(Base64.getDecoder().decode(signBase64));
    }
}

DH 密鑰協商（雙方協商對稱金鑰）

public class DHStrategy {
    public SecretKey agreeKey(KeyPair myPair, PublicKey otherPublic) throws Exception {
        KeyAgreement ka = KeyAgreement.getInstance("DH");
        ka.init(myPair.getPrivate());
        ka.doPhase(otherPublic, true);
        return ka.generateSecret("AES");  // 產出 AES 金鑰
    }
}

5. 數位簽名與憑證

結合非對稱加密與摘要算法：

1. 發送方：私鑰簽名（SHA256withRSA）
2. 接收方：公鑰驗證簽名
3. 防竄改：簽名綁定內容，內容變動驗證失敗
4. 防抵賴：唯有持有私鑰者能產生有效簽名
5. 法律效力：《電子簽名法》賦予合法地位

算法選型建議

安全注意事項

1. 不要自己設計加密協議：使用成熟庫（如 JJWT、BouncyCastle、Google Tink）
2. 金鑰管理：生產環境金鑰應存放於 HSM/KMS，不可硬編碼
3. 隨機數：必須使用 SecureRandom，不可用 Random
4. 模式選擇：AES 推薦 GCM/CBC+PKCS7Padding，**禁用 ECB**
5. 填充攻擊：PKCS#7 填充在某些場景下存在 Padding Oracle 攻擊，優先選用 GCM