在Java中,常见的密钥派生函数(KDF)也可以使用标准库和第三方库来实现。以下是PBKDF2、HKDF、bcrypt和scrypt的实现示例。

1. PBKDF2

PBKDF2是基于密码的密钥派生函数,使用HMAC进行多次迭代来增加攻击难度。Java标准库提供了对PBKDF2的支持。

Java实现(使用javax.crypto库)
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.util.Base64;

public class PBKDF2Example {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
        String password = "password";
        byte[] salt = "salt".getBytes();
        int iterations = 100000;
        int keyLength = 256;

        PBEKeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, iterations, keyLength);
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
        byte[] derivedKey = skf.generateSecret(spec).getEncoded();

        System.out.println(Base64.getEncoder().encodeToString(derivedKey));
    }
}

2. HKDF

HKDF使用HMAC进行两步操作:提取和扩展,从输入密钥材料(IKM)派生出密钥。Java标准库没有直接提供HKDF的实现,但可以手动实现。

Java实现(自定义实现)
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;

public class HKDFExample {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        byte[] ikm = "input key material".getBytes();
        byte[] salt = "salt".getBytes();
        byte[] info = "context info".getBytes();
        int length = 32;

        byte[] prk = hkdfExtract(salt, ikm);
        byte[] derivedKey = hkdfExpand(prk, info, length);

        System.out.println(Base64.getEncoder().encodeToString(derivedKey));
    }

    private static byte[] hkdfExtract(byte[] salt, byte[] ikm) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
        mac.init(new SecretKeySpec(salt, "HmacSHA256"));
        return mac.doFinal(ikm);
    }

    private static byte[] hkdfExpand(byte[] prk, byte[] info, int length) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException {
        Mac mac = Mac.getInstance("HmacSHA256");
        mac.init(new SecretKeySpec(prk, "HmacSHA256"));
        byte[] result = new byte[length];
        byte[] t = new byte[0];
        int loc = 0;
        for (int i = 1; loc < length; i++) {
            mac.update(t);
            mac.update(info);
            mac.update((byte) i);
            t = mac.doFinal();
            int copyLength = Math.min(t.length, length - loc);
            System.arraycopy(t, 0, result, loc, copyLength);
            loc += copyLength;
        }
        return result;
    }
}

3. bcrypt

bcrypt是一个基于Blowfish加密算法的密钥派生函数,具有内置的盐值和可调的工作因子。可以使用第三方库如 BCrypt

Java实现(使用BCrypt库)

首先,添加依赖项(例如在Maven项目的pom.xml中):

<dependency>
    <groupId>de.svenkubiak</groupId>
    <artifactId>jBCrypt</artifactId>
    <version>0.4</version>
</dependency>

然后使用以下代码:

import org.mindrot.jbcrypt.BCrypt;

public class BCryptExample {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "password";
        String hashed = BCrypt.hashpw(password, BCrypt.gensalt(12));

        System.out.println(hashed);

        if (BCrypt.checkpw(password, hashed)) {
            System.out.println("Password matches");
        } else {
            System.out.println("Password does not match");
        }
    }
}

4. scrypt

scrypt是一个基于内存硬化技术的密钥派生函数,可以使用第三方库如 Scrypt

Java实现(使用Scrypt库)

首先,添加依赖项(例如在Maven项目的pom.xml中):

<dependency>
    <groupId>com.lambdaworks</groupId>
    <artifactId>scrypt</artifactId>
    <version>1.4.0</version>
</dependency>

然后使用以下代码:

import com.lambdaworks.crypto.SCryptUtil;

public class ScryptExample {
    public static void main(String[] args) {
        String password = "password";
        int N = 16384; // CPU/memory cost factor
        int r = 8;     // Block size factor
        int p = 1;     // Parallelization factor

        String hashed = SCryptUtil.scrypt(password, N, r, p);

        System.out.println(hashed);

        if (SCryptUtil.check(password, hashed)) {
            System.out.println("Password matches");
        } else {
            System.out.println("Password does not match");
        }
    }
}

总结

以上是四种常见的密钥派生函数(PBKDF2、HKDF、bcrypt和scrypt)的Java实现示例。选择合适的KDF取决于具体的应用需求和安全要求。确保密码和盐值的随机性和保密性,是使用KDF的关键。

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