本文向您展示如何使用RFC 7539中定义的ChaCha20-Poly1305算法对消息进行加密和解密。

PS ChaCha20-Poly1305加密算法可从Java 11获得。

1.常见问题

一些常见问题：

1.1什么是ChaCha20-Poly1305 ？
ChaCha20-Poly1305表示使用Poly1305身份验证器以AEAD模式运行的ChaCha20 （加密和解密算法）。

1.2什么是AE或AEAD？
认证加密（AE）和带有关联数据的认证加密（AEAD）是一种加密消息并一起认证加密的形式。

1.3认证加密意味着什么？
确保没有人修改密文（加密的消息），它的工作方式类似于验证文件的SHA或MD5哈希。 Poly1305生成一个MAC （消息验证码）（128位，16字节），并将其附加到ChaCha20密文（加密的文本）中。 在解密过程中，该算法检查MAC以确保没有人修改密文。

1.4 ChaCha20-Poly1305如何工作？
ChaCha20加密使用密钥和IV（初始化值，nonce）将明文加密为等长的密文。 Poly1305生成一个MAC（消息认证码）并将其附加到密文中。 最后，密文和明文的长度不同。

1.5我可以将同一随机数重用于不同的密钥吗？
不可以，每个加密的随机数和密钥都必​​须是唯一的，否则密文会妥协！

注意
如果我们不需要额外的身份验证（poly1305）功能，请考虑仅使用ChaCha20加密消息，请参阅此Java 11 – ChaCha20流密码示例

1. ChaCha20-Poly1305

本示例使用ChaCha20-Poly1305加密和解密消息。 此外，我们手动将随机数附加到最终的加密文本上，以便在解密期间无需提供随机数。 随机数可以公开，但密钥必须是私有的。

ChaCha20-Poly1305的输入为：

• 256位密钥（32字节）
• 96位随机数（12个字节）

PS对于ChaCha20-Poly1305 ，我们不需要定义初始计数器值。 它从1开始。

package com.mkyong.java11.jep329.poly1305;import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.security.SecureRandom;public class ChaCha20Poly1305 {private static final String ENCRYPT_ALGO = "ChaCha20-Poly1305";private static final int NONCE_LEN = 12; // 96 bits, 12 bytes// if no nonce, generate a random 12 bytes noncepublic byte[] encrypt(byte[] pText, SecretKey key) throws Exception {return encrypt(pText, key, getNonce());}public byte[] encrypt(byte[] pText, SecretKey key, byte[] nonce) throws Exception {Cipher cipher = Cipher.getInstance(ENCRYPT_ALGO);// IV, initialization value with nonceIvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(nonce);cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);byte[] encryptedText = cipher.doFinal(pText);// append nonce to the encrypted textbyte[] output = ByteBuffer.allocate(encryptedText.length + NONCE_LEN).put(encryptedText).put(nonce).array();return output;}public byte[] decrypt(byte[] cText, SecretKey key) throws Exception {ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(cText);// split cText to get the appended noncebyte[] encryptedText = new byte[cText.length - NONCE_LEN];byte[] nonce = new byte[NONCE_LEN];bb.get(encryptedText);bb.get(nonce);Cipher cipher = Cipher.getInstance(ENCRYPT_ALGO);IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(nonce);cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv);// decrypted textbyte[] output = cipher.doFinal(encryptedText);return output;}// 96-bit nonce (12 bytes)private static byte[] getNonce() {byte[] newNonce = new byte[12];new SecureRandom().nextBytes(newNonce);return newNonce;}}

2.测试一下。

使用ChaCha20-Poly1305算法对消息进行加密和解密。

package com.mkyong.java11.jep329.poly1305;import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;public class TestChaCha20Poly1305 {private static final int NONCE_LEN = 12;                    // 96 bits, 12 bytesprivate static final int MAC_LEN = 16;                      // 128 bits, 16 bytespublic static void main(String[] args) throws Exception {String input = "Java & ChaCha20-Poly1305.";ChaCha20Poly1305 cipher = new ChaCha20Poly1305();SecretKey key = getKey();                               // 256-bit secret key (32 bytes)System.out.println("Input                  : " + input);System.out.println("Input             (hex): " + convertBytesToHex(input.getBytes()));System.out.println("\n---Encryption---");byte[] cText = cipher.encrypt(input.getBytes(), key);   // encryptSystem.out.println("Key               (hex): " + convertBytesToHex(key.getEncoded()));System.out.println("Encrypted         (hex): " + convertBytesToHex(cText));System.out.println("\n---Print Mac and Nonce---");ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(cText);// This cText contains chacha20 ciphertext + poly1305 MAC + nonce// ChaCha20 encrypted the plaintext into a ciphertext of equal length.byte[] originalCText = new byte[input.getBytes().length];byte[] nonce = new byte[NONCE_LEN];     // 16 bytes , 128 bitsbyte[] mac = new byte[MAC_LEN];         // 12 bytes , 96 bitsbb.get(originalCText);bb.get(mac);bb.get(nonce);System.out.println("Cipher (original) (hex): " + convertBytesToHex(originalCText));System.out.println("MAC               (hex): " + convertBytesToHex(mac));System.out.println("Nonce             (hex): " + convertBytesToHex(nonce));System.out.println("\n---Decryption---");System.out.println("Input             (hex): " + convertBytesToHex(cText));byte[] pText = cipher.decrypt(cText, key);              // decryptSystem.out.println("Key               (hex): " + convertBytesToHex(key.getEncoded()));System.out.println("Decrypted         (hex): " + convertBytesToHex(pText));System.out.println("Decrypted              : " + new String(pText));}// https://mkyong.com/java/java-how-to-convert-bytes-to-hex/private static String convertBytesToHex(byte[] bytes) {StringBuilder result = new StringBuilder();for (byte temp : bytes) {result.append(String.format("%02x", temp));}return result.toString();}// A 256-bit secret key (32 bytes)private static SecretKey getKey() throws NoSuchAlgorithmException {KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("ChaCha20");keyGen.init(256, SecureRandom.getInstanceStrong());return keyGen.generateKey();}}

输出量

Input                  : Java & ChaCha20-Poly1305.
Input             (hex): 4a61766120262043686143686132302d506f6c79313330352e---Encryption---
Key               (hex): 7b47d646547928f2ac962562d613bdac7db351893224c6c1b03adeb859da8251
Encrypted         (hex): c04a463086c545d0053f8a279d50815aa9cb5db04da5ba0c4dc57e225f46074af793ccb81a15908a8fd15561deb55f01ef0d93932a---Print Mac and Nonce---
Cipher (original) (hex): c04a463086c545d0053f8a279d50815aa9cb5db04da5ba0c4d
MAC               (hex): c57e225f46074af793ccb81a15908a8f
Nonce             (hex): d15561deb55f01ef0d93932a---Decryption---
Input             (hex): c04a463086c545d0053f8a279d50815aa9cb5db04da5ba0c4dc57e225f46074af793ccb81a15908a8fd15561deb55f01ef0d93932a
Key               (hex): 7b47d646547928f2ac962562d613bdac7db351893224c6c1b03adeb859da8251
Decrypted         (hex): 4a61766120262043686143686132302d506f6c79313330352e
Decrypted              : Java & ChaCha20-Poly1305.

下载源代码

$ git clone https://github.com/mkyong/core-java.git

$ cd java-11

$ cd / src / main / java / com / mkyong / java11 / jep329

注意
如果发现任何错误，请在下面发表评论，谢谢。

参考文献

• ChaCha20
• RFC 7539
• 维基百科– Authenticated_encryption
• Java 11 – ChaCha20流密码示例

翻译自: https://mkyong.com/java/java-11-chacha20-poly1305-encryption-examples/