加密与安全_探索口令加密算法（PBE）

概述

加密与安全_探索对称加密算法中我们提到AES加密密钥长度是固定的128/192/256位，而不是我们用WinZip/WinRAR那样，随便输入几位都可以。

这是因为对称加密算法决定了口令必须是固定长度，然后对明文进行分块加密。又因为安全需求，口令长度往往都是128位以上，即至少16个字符。

疑问

我们平时使用的加密软件，输入6位、8位都可以，难道是加密方式不一样吗？

用户输入的口令往往不能直接作为AES的密钥进行加密，因为它们的长度通常不符合AES密钥的要求，而且可能存在规律性，容易受到字典攻击等安全威胁。

为了解决这个问题，通常会使用 PBE算法 ，采用随机数杂凑计算出真正的密钥，再进行加密。。

PBE 算法 （ Password Based Encryption）

PBE算法（Password-Based Encryption）是一种安全的密码基础加密算法，用于将用户输入的口令转换为符合要求的密钥，以便进行加密操作。 在使用PBE算法时，用户只需输入一个口令，而不需要直接提供一个符合要求的密钥。PBE算法的作用是通过结合用户输入的口令和一个安全随机生成的盐值，采用杂凑计算的方式生成最终的密钥。

通俗的可以理解为下面的函数：

    key = generate(userPassword, secureRandomPassword);

以AES密钥生成为例，用户只需输入一个口令，而不需要担心口令的长度和复杂度是否符合要求。PBE算法会在内部生成一个安全的随机数作为盐值，并将用户输入的口令与盐值一起进行杂凑计算，从而生成一个符合AES加密算法要求的真正密钥。

通过这种方式，PBE算法实现了对用户口令的保护，同时确保生成的密钥符合加密算法的要求，从而提高了整个加密系统的安全性。

Code

POM

       <dependency>
                <groupId>org.bouncycastle</groupId>
                <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
                <version>1.68</version>
            </dependency>

实现

    package com.artisan.securityalgjava.peb;
    
    import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
    
    import javax.crypto.Cipher;
    import javax.crypto.SecretKey;
    import javax.crypto.SecretKeyFactory;
    import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
    import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
    import java.math.BigInteger;
    import java.security.GeneralSecurityException;
    import java.security.SecureRandom;
    import java.security.Security;
    import java.util.Base64;
    
     
    /**
     * @author 小工匠
     * @version 1.0
     * @mark: show me the code , change the world
     * 使用PBE算法进行加密和解密示例
     */
    public class PBEExample {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 将BouncyCastle作为Provider添加到java.security:
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            // 原文:
            String message = "Hello, world!";
            // 加密口令:
            String password = "hello12345";
            // 16 bytes随机Salt:
            byte[] salt = SecureRandom.getInstanceStrong().generateSeed(16);
            System.out.printf("salt: %032x\n", new BigInteger(1, salt));
            // 加密:
            byte[] data = message.getBytes("UTF-8");
            byte[] encrypted = encrypt(password, salt, data);
            System.out.println("encrypted: " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
            // 解密:
            byte[] decrypted = decrypt(password, salt, encrypted);
            System.out.println("decrypted: " + new String(decrypted, "UTF-8"));
        }
    
        // 加密:
        public static byte[] encrypt(String password, byte[] salt, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
            // 使用口令生成PBEKeySpec对象
            PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
            // 创建密钥工厂
            SecretKeyFactory skeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEwithSHA1and128bitAES-CBC-BC");
            // 生成密钥对象
            SecretKey skey = skeyFactory.generateSecret(keySpec);
            // 创建PBE参数对象
            PBEParameterSpec pbeps = new PBEParameterSpec(salt, 1000);
            // 创建加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEwithSHA1and128bitAES-CBC-BC");
            // 初始化加密器
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skey, pbeps);
            // 执行加密操作
            return cipher.doFinal(input);
        }
    
        // 解密:
        public static byte[] decrypt(String password, byte[] salt, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
            // 使用口令生成PBEKeySpec对象
            PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
            // 创建密钥工厂
            SecretKeyFactory skeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEwithSHA1and128bitAES-CBC-BC");
            // 生成密钥对象
            SecretKey skey = skeyFactory.generateSecret(keySpec);
            // 创建PBE参数对象
            PBEParameterSpec pbeps = new PBEParameterSpec(salt, 1000);
            // 创建解密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEwithSHA1and128bitAES-CBC-BC");
            // 初始化解密器
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skey, pbeps);
            // 执行解密操作
            return cipher.doFinal(input);
        }
    }

在使用PBE时，引入BouncyCastle提供了更多的加密算法支持，并且可以使用其中的PBE算法。

• 指定算法为PBEwithSHA1and128bitAES-CBC-BC表明了我们使用SHA1和128位AES加密算法结合的PBE算法。
• 真正的AES密钥是在调用Cipher#init()方法时同时传入SecretKey和PBEParameterSpec实现的。在创建PBEParameterSpec时，我们指定了循环次数为1000。循环次数的增加可以增加破解所需的计算量，从而提高加密的安全性。
• 如果我们固定了salt和循环次数，就得到了一个通用的“口令”加密软件。用户只需要输入口令，程序就可以使用固定的salt和循环次数来加密和解密数据。
• 如果我们将随机生成的salt存储在U盘中，就可以得到一个“口令”加USB Key的加密软件。这种方式的好处在于，即使用户使用了一个非常弱的口令，没有U盘也无法解密，因为U盘存储的随机数密钥具有很高的安全性。

小结

• PBE算法（Password-Based Encryption）通过用户输入的口令和一个安全的随机salt结合，经过多次迭代的杂凑计算生成最终的密钥（Key），然后再使用这个密钥进行加密操作。这种方式的安全性得到了显著提高，因为即使用户输入的口令较弱，通过引入随机salt和多次迭代的杂凑计算，生成的密钥也具有足够的复杂性和随机性，从而增加了破解的难度。
• PBE算法内部使用的仍然是标准的对称加密算法，例如AES。生成的密钥（Key）是由用户口令和随机salt计算得出的，然后再传递给底层的对称加密算法进行加密和解密操作。这种结构既保留了对称加密算法的高效性和快速性，又通过PBE算法增加了用户口令的安全性，使得整个加密过程更加安全可靠。

总之，PBE算法通过结合用户口令和安全的随机salt，生成一个复杂且安全的密钥，进而增强了对称加密算法的安全性，为数据加密提供了更加可靠的保障。