Posted on 2006-11-03 20:11
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作者：李琴 李家明??
出處：計算機與信息技術
?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，最后說明了利用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于網絡編程的語言，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成為跨平臺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源代碼經過編譯以后在JVM中執行。由于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：
?。?）"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。
?。?）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。但解密之后，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么差別。
（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，然后由ClassLoader負責找到類文件，裝入原始數據，并把它轉換成一個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。由于解密后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后的代碼。
由于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對象其實并不困難，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，然后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，推出了一種基于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,將各種算法實現后,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，然后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，數據到達目的地后，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】
//
?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后使用，其中key?Filename為保存的文件名
Util.writeFile?(key?Filename,?key.getEncoded?()?);
2）加密數據。得到密鑰之后，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】
//?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，然后用它把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?);
//?保存加密后的文件，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分析并解密類文件。操作步驟如下所示。
【用密鑰解密數據】
//?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，然后用它把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?);
//?然后將解密后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語言因其平臺無關性，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。