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利用DES加密的算法保護Java源代碼

日期:2017/1/13 15:43:24      編輯:關於JAVA

摘 要:本文首先分析了Java源代碼需要加密的原因,簡要介紹了DES算法及Java密碼體系和Java密碼擴展,最後說明了利用DES加密算法保護Java源代碼的方法及步驟。

  關鍵詞 Java 加密 DES算法

  Java語言是一種非常適用於網絡編程的語言,它的基本結構與C++極為相似,但拋棄了C/C++中指針等內容,同時它吸收了Smalltalk、C++面向對象的編程思想。它具有簡單性、魯棒性、可移植性、動態性等特點。這些特點使得Java成為跨平台應用開發的一種規范,在世界范圍內廣泛流傳。

  加密Java源碼的原因

  Java源代碼經過編譯以後在JVM中執行。由於JVM界面是完全透明的,Java類文件能夠很容易通過反編譯器重新轉換成源代碼。因此,所有的算法、類文件等都可以以源代碼的形式被公開,使得軟件不能受到保護,為了保護產權,一般可以有以下幾種方法:

  (1)"模糊"類文件,加大反編譯器反編譯源代碼文件的難度。然而,可以修改反編譯器,使之能夠處理這些模糊類文件。所以僅僅依賴"模糊類文件"來保證代碼的安全是不夠的。

  (2)流行的加密工具對源文件進行加密,比如PGP(Pretty Good Privacy)或GPG(GNU Privacy Guard)。這時,最終用戶在運行應用之前必須先進行解密。但解密之後,最終用戶就有了一份不加密的類文件,這和事先不進行加密沒有什麼差別。

  (3)加密類文件,在運行中JVM用定制的類裝載器(Class Loader)解密類文件。Java運行時裝入字節碼的機制隱含地意味著可以對字節碼進行修改。JVM每次裝入類文件時都需要一個稱為ClassLoader的對象,這個對象負責把新的類裝入正在運行的JVM。JVM給ClassLoader一個包含了待裝入類(例如Java.lang.Object)名字的字符串,然後由ClassLoader負責找到類文件,裝入原始數據,並把它轉換成一個Class對象。

  用戶下載的是加密過的類文件,在加密類文件裝入之時進行解密,因此可以看成是一種即時解密器。由於解密後的字節碼文件永遠不會保存到文件系統,所以竊密者很難得到解密後的代碼。

  由於把原始字節碼轉換成Class對象的過程完全由系統負責,所以創建定制ClassLoader對象其實並不困難,只需先獲得原始數據,接著就可以進行包含解密在內的任何轉換。

  Java密碼體系和Java密碼擴展

  Java密碼體系(JCA)和Java密碼擴展(JCE)的設計目的是為Java提供與實現無關的加密函數API。它們都用factory方法來創建類的例程,然後把實際的加密函數委托給提供者指定的底層引擎,引擎中為類提供了服務提供者接口在Java中實現數據的加密/解密,是使用其內置的JCE(Java加密擴展)來實現的。Java開發工具集1.1為實現包括數字簽名和信息摘要在內的加密功能,推出了一種基於供應商的新型靈活應用編程接口。Java密碼體系結構支持供應商的互操作,同時支持硬件和軟件實現。

  Java密碼學結構設計遵循兩個原則:

  (1)算法的獨立性和可靠性。

  (2)實現的獨立性和相互作用性。

  算法的獨立性是通過定義密碼服務類來獲得。用戶只需了解密碼算法的概念,而不用去關心如何實現這些概念。實現的獨立性和相互作用性通過密碼服務提供器來實現。密碼服務提供器是實現一個或多個密碼服務的一個或多個程序包。軟件開發商根據一定接口,將各種算法實現後,打包成一個提供器,用戶可以安裝不同的提供器。安裝和配置提供器,可將包含提供器的ZIP和JAR文件放在CLASSPATH下,再編輯Java安全屬性文件來設置定義一個提供器。Java運行環境Sun版本時, 提供一個缺省的提供器Sun。

  下面介紹DES算法及如何利用DES算法加密和解密類文件的步驟。

  DES算法簡介

  DES(Data Encryption Standard)是發明最早的最廣泛使用的分組對稱加密算法。DES算法的入口參數有三個:Key、Data、Mode。其中Key為8個字節共64位,是DES算法的工作密鑰;Data也為8個字節64位,是要被加密或被解密的數據;Mode為DES的工作方式,有兩種:加密或解密。

  DES算法工作流程如下:若Mode為加密模式,則利用Key 對數據Data進行加密, 生成Data的密碼形式(64位)作為DES的輸出結果;如Mode為解密模式,則利用Key對密碼形式的數據Data進行解密,還原為Data的明碼形式(64位)作為DES的輸出結果。在通信網絡的兩端,雙方約定一致的Key,在通信的源點用Key對核心數據進行DES加密,然後以密碼形式在公共通信網(如電話網)中傳輸到通信網絡的終點,數據到達目的地後,用同樣的Key對密碼數據進行解密,便再現了明碼形式的核心數據。這樣,便保證了核心數據在公共通信網中傳輸的安全性和可靠性。

  也可以通過定期在通信網絡的源端和目的端同時改用新的Key,便能更進一步提高數據的保密性。
  利用DES算法加密的步驟

  (1)生成一個安全密鑰。在加密或解密任何數據之前需要有一個密鑰。密鑰是隨同被加密的應用程序一起發布的一段數據,密鑰代碼如下所示。

  【生成一個密鑰代碼】

以下為引用的內容:
// 生成一個可信任的隨機數源
Secure Random sr = new SecureRandom();
// 為我們選擇的DES算法生成一個KeyGenerator對象
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance ("DES" );
Kg.init (sr);
// 生成密鑰
Secret Key key = kg.generateKey();
// 將密鑰數據保存為文件供以後使用,其中key Filename為保存的文件名
Util.writeFile (key Filename, key.getEncoded () );

  (2)加密數據。得到密鑰之後,接下來就可以用它加密數據。如下所示。

  【用密鑰加密原始數據】

以下為引用的內容:
// 產生一個可信任的隨機數源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
//從密鑰文件key Filename中得到密鑰數據
Byte rawKeyData [] = Util.readFile (key Filename);
// 從原始密鑰數據創建DESKeySpec對象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec (rawKeyData);
// 創建一個密鑰工廠,然後用它把DESKeySpec轉換成Secret Key對象
SecretKeyFactory key Factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES" );
Secret Key key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher對象實際完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密鑰初始化Cipher對象
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr );
// 通過讀類文件獲取需要加密的數據
Byte data [] = Util.readFile (filename);
// 執行加密操作
Byte encryptedClassData [] = cipher.doFinal(data );
// 保存加密後的文件,覆蓋原有的類文件。
Util.writeFile( filename, encryptedClassData );

  (3)解密數據。運行經過加密的程序時,ClassLoader分析並解密類文件。操作步驟如下所示。

  【用密鑰解密數據】

以下為引用的內容:
// 生成一個可信任的隨機數源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
// 從密鑰文件中獲取原始密鑰數據
Byte rawKeyData[] = Util.readFile( keyFilename );
// 創建一個DESKeySpec對象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec (rawKeyData);
// 創建一個密鑰工廠,然後用它把DESKeySpec對象轉換成Secret Key對象
SecretKeyFactory key Factory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher對象實際完成解密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密鑰初始化Cipher對象
Cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
// 獲得經過加密的數據
Byte encrypted Data [] = Util.readFile (Filename);
//執行解密操作
Byte decryptedData [] = cipher.doFinal( encryptedData );
// 然後將解密後的數據轉化成原來的類文件。

  將上述代碼與自定義的類裝載器結合就可以做到邊解密邊運行,從而起到保護源代碼的作用。

  結束語

  加密/解密是數據傳輸中保證數據安全性和完整性的常用方法,Java語言因其平台無關性,在Internet上的應用非常之廣泛。使用DES算法加密Java源碼在一定程度上能保護軟件的產權。

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