ECC算法的介绍及Java程序中对该算法的使用

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1、ECC算法介绍

ECC，是英语Elliptic Curve Cryptography的缩写，即“椭圆曲线密码学”，ECC基于椭圆曲线数学而建立。

ECC是一种不对称加密算法，相对于RSA算法，ECC算法所需要的密钥更短，加密强度更高。有一种说法，160位密钥的ECC算法，相当于1024位密钥的RSA算法。

ECC算法于1985年提出后，受到了密码界人士的青睐。有支持ECC的商业公司愿意出巨资，奖励ECC算法的成功激活成功教程者。

2003年，一个研究团队，使用上万台PC机，花了1.5年时间，才能激活成功教程109位的ECC算法，从这个情况来看，激活成功教程160位以上的ECC算法，所需要的海量计算能力，让激活成功教程变得几乎不可能。

2、ECC算法在Java语言的实现

JDK目前尚未支持ECC算法，为了使用ECC算法，我们需要使用第三方库。

本讲使用了Bouncy Castle提供的ECC算法支持，为了在项目中使用Bouncy Castle，我们需要在pom.xml文件中加入依赖，例如：

<dependency> <groupId>org.bouncycastle</groupId> <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId> <version>1.66</version> </dependency>

3、示例程序

下面是一个使用ECC算法的示例程序，完整源代码如下：

package com.flying.ecc; import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; import org.springframework.boot.SpringApplication; import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication; import javax.crypto.BadPaddingException; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.IllegalBlockSizeException; import javax.crypto.NoSuchPaddingException; import java.security.*; import java.security.interfaces.ECPrivateKey; import java.security.interfaces.ECPublicKey; @SpringBootApplication public class EccApplication { public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchProviderException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException { SpringApplication.run(EccApplication.class, args); //添加Bouncy Castle提供者 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); //生成公钥和私钥 KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC", "BC"); keyPairGenerator.initialize(256, new SecureRandom()); KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair(); ECPublicKey ecPublicKey = (ECPublicKey)keyPair.getPublic(); ECPrivateKey ecPrivateKey = (ECPrivateKey)keyPair.getPrivate(); printBytes("Public key of ECC", ecPublicKey.getEncoded()); printBytes("Private key of ECC", ecPrivateKey.getEncoded()); //设置原文内容 byte[] plainBytes = "Hello, world.".getBytes(); printBytes("Plain bytes of ECC", plainBytes); //使用公钥进行加密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("ECIES", "BC"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, ecPublicKey); byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainBytes); printBytes("Encrypted bytes of ECC", encryptedBytes); //使用私钥进行解密 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, ecPrivateKey); byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes); printBytes("Decrypted bytes of ECC", decryptedBytes); } private static void printBytes(String prompt, byte[] bytes){ if (prompt == null || bytes == null){ return; } System.out.print(prompt + ":"); for (int i=0; i<bytes.length; i++){ System.out.printf(" %02X", bytes[i]); } System.out.println(); } }

运行程序，结果如下：

4、程序逻辑说明

上面示例程序的逻辑如下：

（1）添加Bouncy Castle提供者；

（2）生成ECC的公钥和私钥

Public key of ECC: 30 59 30 13 06 07 2A 86 48 CE 3D 02 01 06 08 2A 86 48 CE 3D 03 01 07 03 42 00 04 FA A7 3E 5B 07 8B 10 C1 2E 94 C3 4B CB 5B FB 8E 06 86 0C 58 F0 F0 35 2D A0 56 AE A7 42 4D 3F 4B A5 EB 08 05 3B DD 67 0A AC 45 B3 19 E3 70 C0 2C DB 8C 3C 88 13 7B 94 B4 E3 78 47 BB 0E 8D F2 99 Private key of ECC: 30 81 93 02 01 00 30 13 06 07 2A 86 48 CE 3D 02 01 06 08 2A 86 48 CE 3D 03 01 07 04 79 30 77 02 01 01 04 20 95 46 BD A7 8B CE 76 19 A3 DD 84 07 58 11 E3 AD 6E 96 E5 42 50 F9 2A EF 8D 6E 72 DC A8 41 F6 0F A0 0A 06 08 2A 86 48 CE 3D 03 01 07 A1 44 03 42 00 04 FA A7 3E 5B 07 8B 10 C1 2E 94 C3 4B CB 5B FB 8E 06 86 0C 58 F0 F0 35 2D A0 56 AE A7 42 4D 3F 4B A5 EB 08 05 3B DD 67 0A AC 45 B3 19 E3 70 C0 2C DB 8C 3C 88 13 7B 94 B4 E3 78 47 BB 0E 8D F2 99

（3）提供要加密的内容

Plain bytes of ECC: 48 65 6C 6C 6F 2C 20 77 6F 72 6C 64 2E（即“Hello, world.”）

（4）使用ECC公钥进行加密，得到密文

Encrypted bytes of ECC: 04 2B AE 7E 11 72 67 A0 82 38 A1 45 B2 27 24 2E 18 64 41 BC 71 EF 80 14 C4 F0 CD 6F 01 54 6F BE 81 7F 4C 90 54 A9 AA 78 4C 9C 34 1D 59 B4 C2 A0 FC 3D 8A 66 1E A6 CD 3C 39 E2 E5 E0 86 F2 8F 66 09 24 64 0D E8 FA 30 B4 67 AF DA F3 8C 8D CE B6 02 B5 4F A5 13 1C 4F 4F 82 D5 A6 71 B1 89 B0 C3 36 FF

（5）使用ECC私钥对密文进行解密，得到解密后的内容

Decrypted bytes of ECC: 48 65 6C 6C 6F 2C 20 77 6F 72 6C 64 2E（即“Hello, world.”）

可以看到，对明文加密后解密得到的内容，和明文一致，因此ECC算法使用正确。

5、文章还没有结束

上面的代码，使用的是公钥加密，私钥解开的方式，如果大家尝试私钥加密，公钥解开的方式，会发现程序抛异常：

异常怎么产生的呢？打开Bouncy Castle的源代码，一直跟踪到org.bouncycastle.jcajce.provider.asymmetric.ec.IESCipher类，发现了抛出异常的地方：

可以发现，如果使用Bouncy Castle的ECC IES算法，确实只能用公钥加密，私钥解密。

如何基于ECC实现“私钥加密，公钥解开”呢？这个问题先挂在这里，后面找到方法后再专门写一篇文章，感兴趣的读者也可以发表自己的意见。

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