22.6 Verschlüsseln von Daten(-strömen) *
Kryptografie unterscheidet zwischen asymmetrischer und symmetrischer Verschlüsselung. Ist die Kommunikation asymmetrisch, sind zwei Schlüssel nötig: ein öffentlicher und ein privater. Bei der symmetrischen Verschlüsselung ist nur ein Schlüssel erforderlich, der bei der Ver- und Entschlüsselung gleich ist. Bekanntester Vertreter der symmetrischen Verschlüsselung ist DES (Data Encryption Standard), der allerdings wegen seiner geringen Schlüssellänge nicht mehr aktuell ist. DES wurde 1981 in den USA als ANSI-Standard normiert. Bei den asymmetrischen Verfahren ist die RSA-Verschlüsselung die bekannteste. Ihre Sicherheit basiert auf dem mathematischen Problem, für eine große Ganzzahl eine Primfaktorzerlegung zu finden. Asymmetrische Verschlüsselung ist im Vergleich zu symmetrischen Verschlüsselungen langsam.
22.6.1 Den Schlüssel, bitte
Jeder Schlüssel, sei er privat oder öffentlich, implementiert die Basisschnittstelle java.security.Key. Von dieser Schnittstelle gibt es Unterschnittstellen, etwa PublicKey, PrivateKey für die asymmetrischen Schlüssel oder SecretKey für den symmetrischen Schlüssel. Von diesen Schnittstellen existieren weitere Unterschnittstellen.
Abbildung 22.4: UML-Diagramm der Klasse Key
Schlüssel aus der Fabrik
Um Schlüssel zu erzeugen, gibt es zwei Fabriken: KeyGenerator erzeugt symmetrische Schlüssel und KeyPairGenerator asymmetrische. Der Fabrikmethode getInstance() ist dabei eine Kennung zu übergeben, die für den Algorithmus steht.
Listing 22.8: com/tutego/security/crypto/KeyGeneratorDemo.java, main()
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance( "DES" );
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance( "RSA" );
Der nächste Schritt sieht eine Initialisierung des Schlüssels mit zufälligen Werten vor. Ohne Initialisierung kann jeder Provider unterschiedlich verfahren.
kg.init( 56 ); // nicht größer als 56!
kpg.initialize( 1024 );
Nicht besonders schlau ist, dass einmal die Methode init() heißt und dann einmal initialize(). Beiden Methoden lässt sich noch ein Zufallszahlengenerator mitgeben, doch intern ist das SecureRandom schon sehr gut. Kryptografische Angaben kann ein Objekt vom Typ AlgorithmParameterSpec einführen.
Der letzte Schritt besteht im Erfragen der Schlüssel:
SecretKey secKey = kg.generateKey();
KeyPair keyPair = kpg.genKeyPair();
Bei einer Ausgabe des symmetrischen Schlüssels über System.out.println() kommt nicht viel Sinnvolles heraus, doch bei den privaten und öffentlichen Schlüsseln, die keyPair mit getPublic() und getPrivate() offenlegt, implementieren PublicKey und PrivateKey eine ansehnliche toString()-Methode.
System.out.println( keyPair.getPublic() );
Liefert:
SunJSSE RSA public key:
public exponent:
010001
modulus:
a8186ac3 03b9417e c0247c70 d225ae75 04d2fa3b 9b21e009 ca32a1f3 3cc7404f
aeb6df52 0aa4d9ab ae35a5d5 d7b30f38 ce670895 3234fab2 c67f1211 b9dab8d2
edda3a7b 710fbf86 0274a2a6 842c4d73 76fc2166 80ef1e82 36a949f9 8180c5c7
004cffdd c103b42b 9abf216d 5f797440 20b8ec52 afe44407 a871e1f7 0e27fec9
System.out.println(keyPair.getPrivate()) liefert eine noch längere Ausgabe mit Exponent, Modulo usw.
SecretKeySpec
Schlüssel für die symmetrische Verschlüsselung sind nichts anderes als Binärfelder. Die Klasse javax.crypto.spec.SecretKeySpec dient zum Erzeugen eines symmetrischen Schlüssels und erwartet im Konstruktor das Byte-Feld und den Algorithmus.
Key k = new SecretKeySpec( "01234567".getBytes(), "DES" );
Für andere Typen existieren wiederum andere Klassen. Zum Beispiel erzeugt DSAPrivateKeySpec einen privaten Schlüssel aus einem anderen Schlüssel, zwei Primzahlen und einer Basis, die als BigInteger-Objekte angegeben sind.
22.6.2 Verschlüsseln mit Cipher
Die Klasse javax.crypto.Cipher bildet das Zentrum der JCE. Nachdem init() das Objekt mit einem Modus und Schlüssel initialisiert hat, lassen sich mit update(byte[]) Daten durchschleusen. doFinal() rundet das Ganze dann ab. Die Rückgabe ist immer ein verschlüsselter Block von byte.
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key );
byte[] verschlüsselt = cipher.doFinal( unverschlüsselt );
Beim Entschlüsseln wird der Cipher einfach in den Modus Cipher.DECRYPT_MODE gesetzt.
22.6.3 Verschlüsseln von Datenströmen
Zum Verschlüsseln von Datenströmen bietet die Java-Bibliothek die praktischen Klassen javax.crypto.CipherInputStream und CipherOutputStream an. Sie erwarten ein Cipher-Objekt, das eine DES-Verschlüsselung durchführt.
Listing 22.9: com/tutego/security/crypto/ReadWriteDES.java
package com.tutego.security.crypto;
import java.io.*;
import java.security.Key;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import sun.misc.*;
public class ReadWriteDES
{
static void encode( byte[] bytes, OutputStream out, String pass ) throws Exception
{
Cipher c = Cipher.getInstance( "DES" );
Key k = new SecretKeySpec( pass.getBytes(), "DES" );
c.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, k );
OutputStream cos = new CipherOutputStream( out, c );
cos.write( bytes );
cos.close();
}
static byte[] decode( InputStream is, String pass ) throws Exception
{
Cipher c = Cipher.getInstance( "DES" );
Key k = new SecretKeySpec( pass.getBytes(), "DES" );
c.init( Cipher.DECRYPT_MODE, k );
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
CipherInputStream cis = new CipherInputStream( is, c );
for ( int b; (b = cis.read()) != –1; )
bos.write( b );
cis.close();
return bos.toByteArray();
}
public static void main( String[] args ) throws Exception
{
ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
encode( "Das wird anders werden".getBytes(), out, "01234567" );
String s = new BASE64Encoder().encode( out.toByteArray() );
System.out.println( s ); // qJYN+8Hd5dXsgMl1akQnw4iCbRN3EUbK
byte[] decode = new BASE64Decoder().decodeBuffer( s );
InputStream is = new ByteArrayInputStream( decode );
System.out.println( new String( decode( is, "01234567" ) ) );
}
}
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