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Java 加密與數位簽名程式設計實戰指南

編輯：Java 程式設計入門

前言

密碼學是資訊安全的基石，而在 Java 平台上實作加密與數位簽名功能，則是開發者必備的核心技能之一。本文將從基本概念切入，逐步深入至 JDK 1.5 環境下的實際程式碼範例，帶領讀者掌握訊息摘要、對稱式加密與非對稱式加密的關鍵技術。若對密碼學理論有濃厚興趣，強烈推薦研讀 Bruce Schneier 的經典巨著《Applied Cryptography》。

一、核心密碼學概念速覽

1. 訊息摘要：確保資料完整性的指紋

訊息摘要演算法（如 MD5、SHA-1）能將任意長度的輸入資料轉換為固定長度的「數位指紋」。這是單向函數，不可逆向還原原始資料，主要用於驗證資料在傳輸或儲存過程中未被竄改。JDK 1.5 內建支援主流摘要演算法，透過 java.security.MessageDigest 類別即可輕鬆實作。

程式碼範例：SHA-1 訊息摘要

import java.security.MessageDigest;

public class MessageDigestExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        if (args.length != 1) {
            System.err.println("Usage: java MessageDigestExample ");
            System.exit(1);
        }

        byte[] plainText = args[0].getBytes("UTF-8");

        // 取得 SHA-1 演算法實例 (160 位元)
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
        System.out.println("Provider: " + md.getProvider().getInfo());

        // 更新摘要並輸出結果
        md.update(plainText);
        System.out.println("Digest: " + new String(md.digest(), "UTF-8"));
    }
}

此外，javax.crypto.Mac (Message Authentication Code) 提供了帶金鑰的摘要機制（HMAC），進一步強化資料完整性與來源驗證，有興趣的讀者可自行查閱 API 文件深入研究。

2. 私鑰加密（對稱式加密）：高效的機密性保護

對稱式加密使用相同金鑰進行加密與解密，速度快、適合大量資料處理。常見演算法包含 DES（有效金鑰長度 56 位）、AES（支援 128/192/256 位）、DESede (3DES) 等。JDK 1.5 對這些演算法提供完整支援。核心流程：使用 KeyGenerator 產生金鑰，再透過 Cipher 類別執行加解密操作。

程式碼範例：AES 對稱加密

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import java.security.Key;

public class PrivateExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        if (args.length != 1) {
            System.err.println("Usage: java PrivateExample ");
            System.exit(1);
        }
        byte[] plainText = args[0].getBytes("UTF-8");

        // 1. 產生 AES 金鑰
        KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
        keyGen.init(128); // 可指定 128, 192, 256
        Key secretKey = keyGen.generateKey();

        // 2. 初始化 Cipher 進行加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);
        System.out.println("Encrypted: " + new String(cipherText, "UTF-8"));

        // 3. 解密驗證
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        byte[] decryptedText = cipher.doFinal(cipherText);
        System.out.println("Decrypted: " + new String(decryptedText, "UTF-8"));
    }
}

注意：實際應用中，金鑰的安全分發是對稱加密最大挑戰，這也是非對稱加密（公開金鑰基礎建設 PKI）應運而生的原因。