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常见七种加密算法及实现
看在前面
前言：数字签名与加解密
数字签名：通过"可鉴别的数字信息"验证身份，包含签名和验证两种互补的运算。发送者持有私钥（不可泄露），接收者持有对应的公钥验证。数字签名能唯一证明发送方身份，可以防止中间人攻击和 CSRF 跨域身份伪造。它广泛应用于设备认证、用户认证、第三方认证体系。
加密/解密：加密是将明文按某种算法处理成不可读的"密文"，防止数据被窃取阅读。解密是加密的逆过程，将密文还原为原始数据。
对称加密 vs 非对称加密：
对称加密（共享密钥加密）：加解密使用同一把密钥，双方必须事先约定好密钥。代表算法：DES、3DES、AES。
非对称加密（公开密钥加密）：使用公钥/私钥一对密钥，公钥加密的数据只能用私钥解密，反之亦然。代表算法：RSA、DSA。
另外还有无需密钥的散列（哈希）算法，例如 SHA1、MD5。严格来说它们不是加密算法，而是摘要算法。
MD5
哈希/摘要算法：任意长度的输入，输出 128 位信息摘要（32 个十六进制字符）。具有不可逆性，主要用于防止信息篡改。
java
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] digest = md5.digest(plainText.getBytes());SHA1
安全散列算法：对长度小于 2^64 位的消息产生 160 位摘要，不可逆，安全性强于 MD5。主要用于文件完整性校验和数字签名。
java
MessageDigest sha1 = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
byte[] digest = sha1.digest(plainText.getBytes());HMAC
散列消息鉴别码（Hash-based Message Authentication Code）：以一个密钥和一个消息作为输入，生成一个消息摘要。收发双方共享密钥 key，第三方没有 key 就无法计算出正确的散列值，因此可防止消息篡改。
实现时可以选择 HmacMD5、HmacSHA1、HmacSHA256 这类变体：
java
Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
mac.init(new SecretKeySpec(key.getBytes(), "HmacSHA256"));
byte[] rawHmac = mac.doFinal(data.getBytes());注意：Mac 实例不是线程安全的，多线程场景建议用 ThreadLocal 为每个线程缓存一个实例，避免加锁。
DES / 3DES / AES（对称加密，可逆）
DES：数据加密标准，64 位分组、56 位密钥，加解密用同一算法。因密钥太短，穷举破译理论上只需 2^56 次运算，已不安全。
3DES：用 3 把不同的密钥对数据做 3 次 DES 加密，强度更高但速度慢。
AES：高级加密标准，分组固定 128 位，密钥支持 128/192/256 位（JDK 默认不支持 AES256，需安装 JCE 无限强度权限补丁）。安全性、效率、灵活性均优于 DES，是美国联邦政府采用的区块加密标准。
Java 实现示例（AES/CFB/NoPadding，密钥不足 16 字节会抛异常，IV 可由密钥的 MD5 派生）：
java
KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
kgen.init(128, new SecureRandom(key.getBytes()));
SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CFB/NoPadding");
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(
md5DigestOf(secretKey.getEncoded())); // 由密钥摘要生成 IV
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
byte[] encrypted = cipher.doFinal(plainText.getBytes());RSA（非对称加密）
目前最有影响力的公钥加密算法，也是第一个能同时用于加密和数字签名的算法。原理基于大数分解难题：两个大素数相乘很容易，但对其乘积做因式分解极其困难。因此乘积（部分）可以作为公钥公开。
Java 生成密钥对并加解密（借助 BouncyCastle 提供者）：
java
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "BC");
keyPairGen.initialize(1024);
KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding", "BC");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.getPublic());
// RSA 单次加密块长度受密钥长度限制，长数据需分块处理签名验证使用 Signature.getInstance("SHA1WithRSA")，用私钥签名、公钥验签。
ECC（非对称加密）
椭圆曲线加密算法（Elliptic Curve Cryptography）：主要优势是用更小的密钥长度达到与 RSA 相当甚至更高的安全级别。例如 160 位 ECC ≈ 1024 位 RSA 的安全强度。缺点是加解密耗时更长、CPU 消耗较大。
Java 实现同样依赖 BouncyCastle：
java
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("EC", "BC");
keyPairGen.initialize(new ECGenParameterSpec("secp256k1"));
// 加密用 ECIES：Cipher.getInstance("ECIES", "BC")
// 签名用 ECDSA：Signature.getInstance("SHA1withECDSA", "BC")算法对比与选型
| 类别 | 对比项 | 结论 |
|---|---|---|
| 散列 | SHA1 vs MD5 | SHA1 安全性高但更慢；MD5 安全性中等但更快 |
| 对称 | DES/3DES/AES | AES 速度快、安全性高、资源消耗低；3DES 慢且消耗高；DES 密钥太短最弱 |
| 非对称 | RSA vs ECC | 成熟度和安全性都高；RSA 速度/消耗中等；ECC 密钥短但慢、消耗高 |
选型建议：
对称算法：加解密速度快（比非对称快百倍以上），适合大数据量加解密。但密钥管理困难，需要安全地把同一把密钥分发给通信双方，适合内部系统。
非对称算法：密钥容易管理（公钥可公开）、安全性高，但速度慢，适合小数据量加解密或数字签名场景。
实践中的混合加密：用非对称算法协商/加密一把对称会话密钥，再用对称算法加密业务数据。HTTPS/TLS 正是这么做的。防篡改和身份认证则叠加 HMAC 或数字签名。
小结
本文介绍了数字签名、加解密、对称/非对称加密的基本概念，以及 MD5、SHA1、HMAC、DES/3DES、AES、RSA、ECC 七类算法。内容覆盖原理、Java 实现要点与横向对比。核心记忆点：摘要算法不可逆、对称快但管钥难、非对称慢但管钥易、真实系统往往混合使用。
内容来源：原文 · 2026-10 整理回填。