您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 綜合教學

DES 對稱加密算法原理與 Java 實現詳解

編輯：Java 綜合教學

前言

在信息安全領域，加密算法是保護數據機密性的核心手段。本文深入淺出地介紹 DES 對稱加密算法的原理特點，並提供完整的 Java 代碼實現，幫助開發者快速掌握數據加密解密技術。

一、加密算法分類與 DES 定位

1.1 對稱 vs 非對稱加密

維度	對稱加密 (DES/AES)	非對稱加密 (RSA/ECC)
密鑰特點	加密解密使用同一密鑰	公鑰加密，私鑰解密
計算速度	快，適合大數據量	慢，計算複雜度高
安全性	密鑰分發需安全通道	高，解決密鑰分發難題
典型應用	數據傳輸加密、文件加密	密鑰交換、數字簽名、CA證書

1.2 DES 算法簡介

全稱：Data Encryption Standard (數據加密標準)
特點：64 位分組加密，56 位有效密鑰 (含 8 位校驗位)
輸出：密文為 0-9、A-F 十六進制字符組成
現狀：因密鑰長度較短，已被 AES 取代，但仍用於兼容舊系統

二、Java 核心代碼實現

2.1 加密核心方法

private static final String ALGORITHM = "DES";

/**
 * DES 加密
 * @param data 待加密數據 (字節數組)
 * @param key  密鑰 (字節數組，長度需 8 字節)
 * @return 加密後的字節數組
 */
private static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
    // 1. 安全隨機數生成器
    SecureRandom sr = new SecureRandom();
    
    // 2. 密鑰規範轉換
    DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
    
    // 3. 密鑰工廠生成密鑰
    SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
    SecretKey secureKey = keyFactory.generateSecret(dks);
    
    // 4. 密碼器初始化 (加密模式)
    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secureKey, sr);
    
    // 5. 執行加密
    return cipher.doFinal(data);
}

2.2 解密核心方法

/**
 * DES 解密
 * @param data 待解密數據 (字節數組)
 * @param key  密鑰 (需與加密時一致)
 * @return 解密後的字節數組
 */
private static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
    SecureRandom sr = new SecureRandom();
    DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
    SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
    SecretKey secureKey = keyFactory.generateSecret(dks);
    
    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    // 關鍵區別：初始化為解密模式
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secureKey, sr);
    
    return cipher.doFinal(data);
}

2.3 完整工具類封裝建議

public class DESUtil {
    private static final String ALGORITHM = "DES";
    private static final String CHARSET = "UTF-8";

    /** 字節數組轉十六進制字符串 */
    public static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : bytes) {
            sb.append(String.format("%02X", b));
        }
        return sb.toString();
    }

    /** 十六進制字符串轉字節數組 */
    public static byte[] hexToBytes(String hex) {
        byte[] bytes = new byte[hex.length() / 2];
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            bytes[i] = (byte) Integer.parseInt(hex.substring(2*i, 2*i+2), 16);
        }
        return bytes;
    }

    /** 高層封裝：字符串加密返回 Hex 字符串 */
    public static String encrypt(String plainText, String key) throws Exception {
        byte[] data = plainText.getBytes(CHARSET);
        byte[] keyBytes = key.getBytes(CHARSET);
        // 確保密鑰為 8 字節 (可補齊或截取)
        byte[] validKey = Arrays.copyOf(keyBytes, 8);
        byte[] encrypted = encrypt(data, validKey);
        return bytesToHex(encrypted);
    }

    /** 高層封裝：Hex 字符串解密返回明文 */
    public static String decrypt(String hexData, String key) throws Exception {
        byte[] data = hexToBytes(hexData);
        byte[] keyBytes = key.getBytes(CHARSET);
        byte[] validKey = Arrays.copyOf(keyBytes, 8);
        byte[] decrypted = decrypt(data, validKey);
        return new String(decrypted, CHARSET);
    }
    
    // 此處省略 encrypt/decrypt 字節數組版本方法...
}