随着现代应用程序中敏感数据的增加，数据安全性成为了至关重要的问题。为了应对这一挑战，Java 17 引入了一系列新的加密API，为开发者提供了更多工具来实现数据的安全传输和保护。本文将介绍 Java 17 中新引入的加密API，并提供示例代码，演示如何在应用程序中利用这些API来确保数据的机密性和完整性。

密码学基础

在深入了解 Java 17 的新加密API之前，让我们先回顾一下密码学的基础概念。加密是通过数学算法将原始数据转化为密文，以保护数据的机密性。解密则是将密文还原为原始数据的过程，只有持有正确密钥的人才能够进行解密。

Java 17中的新加密API

Java 17引入了一系列新的加密API，涵盖了对称加密、非对称加密、数字签名、散列等各个方面的功能。以下是这些API的一个概述：

1. `javax.crypto.KeyGenerator`：生成对称密钥

这个API允许开发者生成对称密钥，用于对称加密和解密。通过使用 `KeyGenerator` ，开发者可以轻松生成适应标准的对称密钥。

 import javax.crypto.KeyGenerator;
 import javax.crypto.SecretKey;
 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 
 public class KeyGeneratorExample {
     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
         System.out.println("生成的对称密钥：" + secretKey);
    }
}

2. `javax.crypto.Cipher`：加密和解密数据

`Cipher` 类提供了加密和解密数据的功能。它支持多种加密算法和密码模式，可以根据需求选择最合适的加密方式。

 import javax.crypto.Cipher;
 import javax.crypto.KeyGenerator;
 import javax.crypto.SecretKey;
 
 public class CipherExample {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
         SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
 
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);

        String originalData = "Hello, Java 17 Encryption";
        byte[] encryptedData = cipher.doFinal(originalData.getBytes());

        System.out.println("加密后的数据：" + new String(encryptedData));
    }
}

3. `java.security.SecureRandom`：生成高质量随机数

在加密中，生成随机数是关键之一。 `SecureRandom` 类提供了高质量的随机数生成器，用于增强密钥和随机向量的随机性和安全性。

 import java.security.SecureRandom;
 
 public class SecureRandomExample {
     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
         SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstanceStrong();
         byte[] randomBytes = new byte[16];
         secureRandom.nextBytes(randomBytes);
 
         System.out.println("生成的随机字节：" + new String(randomBytes));
    }
}

4.`java.security.KeyPairGenerator`：生成非对称密钥对

该API用于生成非对称密钥对，包括公钥和私钥，用于非对称加密和数字签名。

 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 
 public class KeyPairGeneratorExample {
     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
 
        System.out.println("生成的非对称密钥对：" + keyPair);
    }
}

5. `java.security.Signature`：数字签名

`Signature` 类允许对数据进行数字签名和验证操作，确保数据的完整性和来源认证。

 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import java.security.Signature;
 import java.util.Base64;
 
 public class SignatureExample {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

        Signature signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
        signature.initSign(keyPair.getPrivate());

        String originalData = "Hello, Java 17 Signature";
        signature.update(originalData.getBytes());

        byte[] signatureBytes = signature.sign();
        System.out.println("数字签名：" + Base64.getEncoder().encodeToString(signatureBytes));
    }
}

6. `java.security.MessageDigest`：计算散列值

`MessageDigest` 类用于计算给定数据的散列值，常用于确保数据的完整性。

 import java.security.MessageDigest;
 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 
 public class MessageDigestExample {
     public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
         MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
 
         String originalData = "Hello, Java 17 MessageDigest";
         byte[] hashBytes = messageDigest.digest(originalData.getBytes());

        System.out.println("SHA-256 散列值：" + Base64.getEncoder().encodeToString(hashBytes));
    }
}

7. `java.security.KeyStore`：密钥和证书存储

`KeyStore` 类用于管理密钥和证书的存储，可以安全地保存和检索密钥材料。

 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import java.security.KeyStore;
 import java.security.cert.Certificate;
 
 public class KeyStoreExample {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

        KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("PKCS12");
        keyStore.load(null, null);
        keyStore.setKeyEntry("keyAlias", keyPair.getPrivate(), "keyPassword".toCharArray(), new Certificate[]{});

        System.out.println("KeyStore：" + keyStore);
    }
}

8. `java.security.KeyAgreement`：密钥协商

`KeyAgreement` 类支持密钥协商协议，用于在安全通信中生成共享密钥。

 import java.security.KeyAgreement;
 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import javax.crypto.SecretKey;
 
 public class KeyAgreementExample {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DiffieHellman");
         KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

        KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DiffieHellman");
        keyAgreement.init(keyPair.getPrivate());
        keyAgreement.doPhase(keyPair.getPublic(), true);

        SecretKey sharedSecret = keyAgreement.generateSecret("AES");
        System.out.println("Diffie-Hellman 共享密钥：" + sharedSecret);
    }
}

9. `java.security.AlgorithmParameters`：操作加密算法参数

`AlgorithmParameters` 类用于操作加密算法的参数，例如初始化向量和密钥长度。

 import java.security.AlgorithmParameters;
 import java.security.KeyPair;
 import java.security.KeyPairGenerator;
 import java.security.spec.AlgorithmParameterSpec;
 import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
 
 public class AlgorithmParametersExample {
     public static void main(String[] args) throws Exception {
         KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DiffieHellman");
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();

        AlgorithmParameters algorithmParameters = AlgorithmParameters.getInstance("DiffieHellman");
        AlgorithmParameterSpec parameterSpec = keyPairGenerator.getParams();
        algorithmParameters.init(parameterSpec);

        DHParameterSpec dhParameterSpec = algorithmParameters.getParameterSpec(DHParameterSpec.class);
        System.out.println("Diffie-Hellman 参数：" + dhParameterSpec.getP());
    }
}

10. `java.security.spec.KeySpec`：密钥规范

`spec.KeySpec` 是 Java 中用于描述密钥规范的抽象类。在加密和密钥管理中，密钥规范是一个用于描述密钥属性的数据结构，它包含了密钥的信息，如长度、格式、参数等，以便于密钥的生成、转换和处理，确保在不同的密钥操作之间传递和使用密钥时保持一致性。密钥规范可以用于将密钥从一种格式转换为另一种格式，或者用于生成密钥对等操作。

 import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
 import java.security.spec.KeySpec;
 import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
 import java.util.Base64;
 
 public class KeySpecExample {
     public static void main(String[] args) throws InvalidKeySpecException {
         String privateKeyStr = "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";
         byte[] privateKeyBytes = Base64.getDecoder().decode(privateKeyStr);

        KeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKeyBytes);
        System.out.println("KeySpec：" + keySpec);
    }
}

结 论

Java 17 的新加密API为开发者提供了更多的工具来实现数据的安全传输和保护。无论是保护用户隐私还是确保敏感数据的完整性，这些API都为我们提供了强大的功能。通过合理应用密码学知识，结合新的加密API，我们可以构建更安全、更可信的应用程序，为用户提供更好的数据保护。在实际开发中，务必遵循最佳实践，确保数据的安全传输。