8.4.3　实现

很遗憾，作为常用非对称加密算法的ElGamal算法并没有出现在Java 6的API中，但却包含在了Bouncy Castle的API中，弥补了Java语言缺少对于ElGamal算法支持的缺憾。

有关ElGamal算法的Bouncy Castle实现细节如表8-3所示。

figure_0292_0071

JCE框架为其他非对称加密算法实现提供了一个构建密钥对方式，均基于DH算法参数材料—DHParameterSpec类。代码清单8-10展示了如何构建ElGamal算法密钥对。

代码清单8-10　构建ElGamal算法密钥对

import java.security.Security；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

//省略

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//实例化算法参数生成器

AlgorithmParameterGenerator apg=AlgorithmParameterGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化算法参数生成器

apg.init（KEY_SIZE）；

//生成算法参数

AlgorithmParameters params=apg.generateParameters（）；

//构建参数材料

DHParameterSpec elParams=（DHParameterSpec）params.getParameterSpec（DHParameterSpec.class）；

//实例化密钥对生成器

KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化密钥对生成器

kpg.initialize（elParams, new SecureRandom（））；

//生成密钥对

KeyPair keys=kpg.genKeyPair（）；

有了密钥对实例化对象keys自然就可以获得相应的密钥了。

需要注意的是，这里我们使用Bouncy Castle提供的ElGamal算法实现，在使用各种引擎类做实例化操作前，需导入Bouncy Castle提供者，如代码清单8-11所示。

代码清单8-11　导入Bouncy Castle提供者

import java.security.Security；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

//省略

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

抛开密钥对的生成实现，ElGamal算法实现与RSA算法实现几乎一致，如代码清单8-12所示。

代码清单8-12　ElGamal算法实现

import java.security.AlgorithmParameterGenerator；

import java.security.AlgorithmParameters；

import java.security.Key；

import java.security.KeyFactory；

import java.security.KeyPair；

import java.security.KeyPairGenerator；

import java.security.PrivateKey；

import java.security.PublicKey；

import java.security.SecureRandom；

import java.security.Security；

import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec；

import java.security.spec.X509EncodedKeySpec；

import java.util.HashMap；

import java.util.Map；

import javax.crypto.Cipher；

import javax.crypto.spec.DHParameterSpec；

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider；

/**

*ElGamal安全编码组件

*@author梁栋

*@version 1.0

*@since 1.0

*/

public abstract class ElGamalCoder{

//非对称加密密钥算法

public static final String KEY_ALGORITHM="ElGamal"；

/**

*密钥长度

*ElGamal算法

*默认密钥长度为1024

*密钥长度范围在160～16384位不等，

*且密钥长度必须是8的倍数。

*/

private static final int KEY_SIZE=256；

//公钥

private static final String PUBLIC_KEY="ElGamalPublicKey"；

//私钥

private static final String PRIVATE_KEY="ElGamalPrivateKey"；

/**

*用私钥解密

*@param data待解密数据

*@param key私钥

*@return byte[]解密数据

*@throws Exception

*/

public static byte[]decryptByPrivateKey（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//私钥材料转换

PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec（key）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//生成私钥

Key privateKey=keyFactory.generatePrivate（pkcs8KeySpec）；

//对数据解密

Cipher cipher=Cipher.getInstance（keyFactory.getAlgorithm（））；

cipher.init（Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey）；

return cipher.doFinal（data）；

}

/**

*用公钥加密

*@param data待加密数据

*@param key公钥

*@return byte[]加密数据

*@throws Exception

*/

public static byte[]encryptByPublicKey（byte[]data, byte[]key）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//公钥材料转换

X509EncodedKeySpec x509KeySpec=new X509EncodedKeySpec（key）；

//实例化密钥工厂

KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//生成公钥

Key publicKey=keyFactory.generatePublic（x509KeySpec）；

//对数据加密

Cipher cipher=Cipher.getInstance（keyFactory.getAlgorithm（））；

cipher.init（Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey）；

return cipher.doFinal（data）；

}

/**

*生成密钥

*@return Map密钥Map

*@throws Exception

*/

public static Map＜String, Object＞initKey（）throws Exception{

//加入BouncyCastleProvider支持

Security.addProvider（new BouncyCastleProvider（））；

//实例化算法参数生成器

AlgorithmParameterGenerator apg=AlgorithmParameterGenerator.getInstance

（KEY_ALGORITHM）；

//初始化算法参数生成器

apg.init（KEY_SIZE）；

//生成算法参数

AlgorithmParameters params=apg.generateParameters（）；

//构建参数材料

DHParameterSpec elParams=（DHParameterSpec）params.getParameterSpec

（DHParameterSpec.class）；

//实例化密钥对生成器

KeyPairGenerator kpg=KeyPairGenerator.getInstance（KEY_ALGORITHM）；

//初始化密钥对生成器

kpg.initialize（elParams, new SecureRandom（））；

//生成密钥对

KeyPair keys=kpg.genKeyPair（）；

//取得密钥

PublicKey publicKey=keys.getPublic（）；

PrivateKey privateKey=keys.getPrivate（）；

//封装密钥

Map＜String, Object＞map=new HashMap＜String, Object＞（2）；

map.put（PUBLIC_KEY, publicKey）；

map.put（PRIVATE_KEY, privateKey）；

return map；

}

/**

*取得私钥

*@param keyMap密钥Map

*@return byte[]私钥

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPrivateKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PRIVATE_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

/**

*取得公钥

*@param keyMap

*@return

*@throws Exception

*/

public static byte[]getPublicKey（Map＜String, Object＞keyMap）throws Exception{

Key key=（Key）keyMap.get（PUBLIC_KEY）；

return key.getEncoded（）；

}

}

ElGamal算法的测试用例与RSA算法测试用例较为相近。不同的是，ElGamal算法实现仅有“公钥加密，私钥解密”的部分。测试用例如代码清单8-13所示。

代码清单8-13　ElGamal算法实现测试用例

import static org.junit.Assert.*；

import java.util.Map；

import org.apache.commons.codec.binary.Base64；

import org.junit.Before；

import org.junit.Test；

/**

*ElGamal校验

*@author梁栋

*@version 1.0

*/

public class ElGamalCoderTest{

//公钥

private byte[]publicKey；

//私钥

private byte[]privateKey；

/**

*初始化密钥

*@throws Exception

*/

@Before

public void initKey（）throws Exception{

Map＜String, Object＞keyMap=ElGamalCoder.initKey（）；

publicKey=ElGamalCoder.getPublicKey（keyMap）；

privateKey=ElGamalCoder.getPrivateKey（keyMap）；

System.err.println（"公钥：\n"+Base64.encodeBase64String（publicKey））；

System.err.println（"私钥：\n"+Base64.encodeBase64String（privateKey））；

}

/**

*校验

*@throws Exception

*/

@Test

public void test（）throws Exception{

String inputStr="ElGamal加密"；

byte[]data=inputStr.getBytes（）；

System.err.println（"原文：\n"+inputStr）；

byte[]encodedData=ElGamalCoder.encryptByPublicKey（data, publicKey）；

System.err.println（"加密后：\n"+Base64.encodeBase64String（encodedData））；

byte[]decodedData=ElGamalCoder.decryptByPrivateKey（encodedData, privateKey）；

String outputStr=new String（decodedData）；

System.err.println（"解密后：\n"+outputStr）；

assertEquals（inputStr, outputStr）；

}

}

在控制台中的输出信息中，我们可以得到相应的公钥和私钥，如下代码所示：

公钥：

MHcwUAYGKw4HAgEBMEYCIQCutlvZWBGgITJngn6hyMJ/VC/vt7K47W2p7QZdk+xpDwIhAKr3JJo1

jqbZp0YJSeBceSDLL7fJOUATmOzEyXhv0kRcAyMAAiA6HMzcFJSyF78uBXzemyHNFbXOFF0plX15

17p31YQqjQ==

私钥：

MHkCAQAwUAYGKw4HAgEBMEYCIQCutlvZWBGgITJngn6hyMJ/VC/vt7K47W2p7QZdk+xpDwIhAKr3

JJo1jqbZp0YJSeBceSDLL7fJOUATmOzEyXhv0kRcBCICIBecbEByJs28q7NH69zA2xDsjYbx9ihc

IZSZzKO8z/Dn

仔细观察，我们发现公钥和私钥的长度几乎是一致的。

观察控制台的输出信息，加密/解密信息如下代码所示：

原文：

ElGamal加密

加密后：

T92lluoBzFrAkly8I6b9PX9MuuGTiUAcGmn4Zw+iNYozA1BtX/RkhLTtPzDobJQKLAUV3fLN7Jeq

GZsgXC8gOA==

解密后：

ElGamal加密

ElGamal算法公钥和私钥长度几乎一致，基于Bouncy Castle加密组件的ElGamal算法实现仅遵循“公钥加密，私钥解密”的简单原则。