3.3.5　Cipher

Cipher类为加密和解密提供密码功能。它构成了Java Cryptographic Extension（JCE）框架的核心。在本章的上述内容中，只完成了密钥的处理，并未完成加密与解密的操作。这些核心操作需要通过Cipher类来实现。

//此类为加密和解密提供密码功能。

public class Cipher

extends Object

Cipher类是一个引擎类，它需要通过getInstance（）工厂方法来实例化对象。

我们可以通过指定转换模式的方式获得实例化对象，方法如下所示：

//返回实现指定转换的Cipher对象。

public static Cipher getInstance（String transformation）

也可以在制定转换模式的同时制定该转换模式的提供者，方法如下所示：

//返回实现指定转换的Cipher对象。

public static Cipher getInstance（String transformation, Provider provider）

//返回实现指定转换的Cipher对象。

public static Cipher getInstance（String transformation, String provider）

注意这里的参数String transformation，通过如下代码示例：

Cipher c=Cipher.getInstance（"DES"）；

上述实例化操作是一种最为简单的实现，并没有考虑DES分组算法的工作模式和填充模式，可通过以下方式对其设定：

Cipher c=Cipher.getInstance（"DES/CBC/PKCS5Padding"）；

参数String transformation的格式是“算法/工作模式/填充模式”，不同的算法支持不同的工作模式以及填充模式。具体内容请参见附录。

在对Cipher对象进行初始化前，我们先来认识如下常量：

//用于将Cipher初始化为解密模式的常量。

public final static int DECRYPT_MODE

//用于将Cipher初始化为加密模式的常量。

public final static int ENCRYPT_MODE

通过这两个常量来完成用于加密或是解密操作的初始化，可以使用如下这个最为简单也是最为常用的方法：

//用密钥初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key）

或者使用算法参数规范或算法参数来完成初始化：

//用密钥和一组算法参数初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key, AlgorithmParameters params）

//用密钥和一组算法参数初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params）

以下三个方法加入了SecureRandom参数：

//用一个密钥、一组算法参数和一个随机源初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params，

SecureRandom random）

//用一个密钥、一组算法参数和一个随机源初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key, AlgorithmParameters params，

SecureRandom random）

//用密钥和随机源初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Key key, SecureRandom random）

通过以下方法可借助于证书，获取其公钥来完成加密和解密操作：

//用取自给定证书的公钥初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Certificate certificate）

//用取自给定证书的公钥和随机源初始化此Cipher对象。

public final void init（int opmode, Certificate certificate, SecureRandom random）

如果需要多次更新待加密（解密）的数据可使用如下方法。

最为常用的是通过输入给定的字节数组完成更新：

/继续多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式），以处理其他数据部分。/

public final byte[]update（byte[]input）

或者通过偏移量的方式完成更新，方法如下所示：

/继续多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式），以处理其他数据部分。/

public final byte[]update（byte[]input, int inputOffset, int inputLen）

另外一种方式就是将更新结果输出至参数中，方法如下所示：

/继续多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式），以处理其他数据部分。/

public final int update（byte[]input, int inputOffset, int inputLen, byte[]output）

/继续多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式），以处理其他数据部分。/

public final int update（byte[]input, int inputOffset, int inputLen, byte[]

output, int outputOffset）

当然，我们也可以使用如下缓冲方式：

/继续多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式），以处理其他数据部分。/

public final int update（ByteBuffer input, ByteBuffer output）

完成上述数据更新后，直接执行如下方法：

//结束多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher对象的初始化方式）。

public final byte[]doFinal（）

如果，加密（解密）操作不需要多次更新数据可以直接执行如下方法：

//按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。

public final byte[]doFinal（byte[]input）

或按以下偏移量的方式完成操作：

//按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。

public final byte[]doFinal（byte[]input, int inputOffset, int inputLen）

以下方式将操作后的结果存于给定的参数中，与上述方法大同小异：

//结束多部分加密或解密操作（具体取决于此Cipher的初始化方式）。

public final int doFinal（byte[]output, int outputOffset）

与上述方法不同的是，以下方法可用于多部分操作，并将操作结果存于给定参数中：

//按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。

public final int doFinal（byte[]input, int inputOffset, int inputLen, byte[]output）

//按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。

public final int doFinal（byte[]input, int inputOffset, int inputLen, byte[]

output, int outputOffset）

以下方法提供了一种基于缓冲的处理方式：

//按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。

public final int doFinal（ByteBuffer input, ByteBuffer output）

除了完成数据的加密与解密，Cipher类还提供了对密钥的包装与解包。

我们先来了解一下与密钥包装有关的常量：

//用于将Cipher对象初始化为密钥包装模式的常量。

public final static int WRAP_MODE

这一常量需要在进行Cipher对象初始化时使用，给出如下示例代码：

cipher.init（Cipher.WRAP_MODE, secretKey）；//初始化

在此之后我们就可以执行包装操作，可使用如下方法：

//包装密钥

public final byte[]wrap（Key key）

解包操作需要如下常量执行初始化：

//用于将Cipher初始化为密钥解包模式的常量。

public final static int UNWRAP_MODE

这个常量同样需要在初始化中执行，给出如下示例代码：

cipher.init（Cipher.UNWRAP_MODE, secretKey）；//初始化

在此之后才能执行解包操作。

我们先来看一下解包方法：

//解包一个以前包装的密钥。

public final Key unwrap（byte[]wrappedKey, String wrappedKeyAlgorithm, int wrappedKeyType）

上述方法中的参数int wrappedKeyType需要使用如下常量：

//用于表示要解包的密钥为"私钥"的常量。

public final static int PRIVATE_KEY

//用于表示要解包的密钥为"公钥"的常量。

public final static int PUBLIC_KEY

//用于表示要解包的密钥为"秘密密钥"的常量。

public final static int SECRET_KEY

在执行包装操作时使用的是私钥就使用私钥常量，依此对应。

如果读者对第2章中有关分组加密工作模式的内容还有印象，应该记得文中曾提到过初始化向量。我们可以通过如下方法获得：

//返回新缓冲区中的初始化向量（IV）。

public final byte[]getIV（）

通常，我们有必要通过如下方法来获悉当前转换模式所支持的密钥长度，方法如下所示：

//根据所安装的JCE仲裁策略文件，返回指定转换的最大密钥长度。

public final static int getMaxAllowedKeyLength（String transformation）

分组加密中，每一组都有固定的长度，也称为块，以下方法可以获得相应的块大小：

//返回块的大小（以字节为单位）。

public final int getBlockSize（）

以下方法获得输出缓冲区字节长度：

/根据给定的输入长度inputLen（以字节为单位），返回保存下一个update或doFinal操作结果所需的输出缓冲区长度（以字节为单位）。/

public final int getOutputSize（int inputLen）

我们也可以通过如下方法获得该Cipher对象的算法参数相关信息：

/根据仲裁策略文件，返回包含最大Cipher参数值的AlgorithmParameterSpec对象。/

public final static AlgorithmParameterSpec getMaxAllowedParameterSpec（String transformation）

//返回此Cipher使用的参数。

public final AlgorithmParameters getParameters（）

此外，Cipher类还提供以下方法：

//返回此Cipher使用的豁免（exemption）机制对象。

public final ExemptionMechanism getExemptionMechanism（）

Cipher类作为一个引擎类，同样提供如下方法：

//返回此Cipher对象的提供者。

public final Provider getProvider（）

//返回此Cipher对象的算法名称。

public final String getAlgorithm（）

NullCipher和Cipher是什么关系？

我们会看到在API文档中有一个NullCipher类，它用来验证程序的有效性，并不提供具体的加密和解密实现。在验证程序的时候将会用到它。

❑实现示例

可通过如下代码完成密钥的包装和解包操作：

//实例化KeyGenerator对象，并指定DES算法。

KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance（"DES"）；

//生成SecretKey对象

SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey（）；

//实例化Cipher对象

Cipher cipher=Cipher.getInstance（"DES"）；

接下来执行包装操作：

//初始化Cipher对象，用于包装。

cipher.init（Cipher.WRAP_MODE, secretKey）；

//包装秘密密钥

byte[]k=cipher.wrap（Key key）；

得到字节数组k后，可以将其传递给需要解包的一方。

省去上述实例化操作用以下代码示例：

//初始化Cipher对象，用于解包。

cipher.init（Cipher.UNWRAP_MODE, secretKey）；

//解包秘密密钥

Key key=cipher.unwrap（k，"DES"，Cipher.SECRET_KEY）；

如果要做加密操作可按参考如下代码：

//初始化Cipher对象，用于加密操作。

cipher.init（Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey）；

//加密

byte[]input=cipher.doFinal（"DES DATA".getBytes（））；

解密操作与之相对应：

//初始化Cipher对象，用于解密操作。

cipher.init（Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey）；

//解密

byte[]output=cipher.doFinal（input）；