El lenguaje de programación Java ofrece clases e implementa varios algoritmos relacionados con la criptografía y seguridad. Con unas pocas líneas de código es posible listar los algoritmos soportados, generar claves, cifrar datos y descifrar datos. Soporta tanto criptografía de clave simétrica donde se usa la misma clave tanto para cifrar como para descifrar y como en este artículo se muestra criptografía asimétrica en la que se utiliza dos claves una la clave pública para cifrar datos y la clave privada para descifrar los datos.
Los algoritmos de clave simétrica que utilizan la misma clave para cifrar como para descifrar adolecen del problema conocido como man-in-the-middle, el problema consiste en que no es posible compartir la clave privada entre el emisor y receptor del mensaje con garantía de que un intermediario no la haya alterado.
Aún con este problema los algoritmos de clave simétrica siguen siendo utilizados ya que tienen otras ventajas. Los algoritmos de clave asimétrica no tienen el problema de man-in-the-middle aunque tienen otros defectos.
En el lenguaje de programación Java es posible generar un par de claves asimétricas, cifrar datos con la clave pública y descifrar los datos con la clave privada.
Los algoritmos de clave asimétrica
Los algoritmos de clave asimétrica utilizan una clave para cifrar los datos y otra clave para descifrar los datos. Ambas claves están relacionadas matemáticamente de tal forma que los datos cifrados con una clave solo son descifrables por su clave asociada.
A una de las claves se le denomina clave pública porque esta puede ser compartida, es la que se utiliza para cifrar los datos que solo pueden ser descifrados por la clave privada. La clave privada se denomina así porque ha de mantenerse en secreto.
Varios algoritmos conocidos de clave asimétrica son los siguientes:
Longitud de las claves
Los algoritmos de clave asimétrica necesitan claves más largas, de mayor número de bits, que las de los algoritmos de clave simétrica para ofrecer el mismo nivel de seguridad.
Algunos algoritmos de clave asimétrica permiten claves de 8192 bits de longitud aunque ya longitudes de 2048 bits se consideran seguros. Por el contrario los algoritmos de clave simétrica ofrecen con longitudes de 256 bits una seguridad equivalente.
Utilizar algoritmos de clave asimétrica con Java
El lenguaje de programación Java soporta varios algoritmos de clave asimétrica, la generación de claves privada y pública, cifrado y descifrado de datos con las claves. Proporciona varias clases en el JDK disponibles para cualquier aplicación sin necesidad de librerías de terceros.
Para casos avanzados o tareas específicas en el ecosistema Java hay librerías en el ámbito de la seguridad y criptografía que se pueden añadir como una dependencia en un proyecto, una de ellas es Bouncy Castle.
Esta es la salida del programa en la que se muestra el texto de datos, el texto cifrado y el texto original descifrado y la clave privada y pública representada en formato PEM.
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Asymetric encryption
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-----END RSA PUBLIC KEY-----
Plain text: rw@wbnaq2R@DS#u3o7hxWckqhfkzbT
Public key encrypted: 2a23a9a4333fa3938430db718f8e7162d312db0754a7cc0ac138c6940ea5cb10e6347d56f72a8dca950df89cd05d60493c4e9d7eff7fdb52fdadda23b707082c25a2eaa1ab8c7d19dbedb0549430320271b33576923e389ad56087a381aa1969b0c8f19355b70ae169d17f391853e1686dfc09b46e410b635c027ab8b3cec67bb33c52db2a2decd11c52bc7cb77aad336992207c0a9cd02b4ffda70ac398529312961c1b60153cd3c38dd6f9a10f048c73b725e13061b424dbd856e6f39eaa5550e7970568048cb02ca4f02c2f976f2bfbde43f5fd55f256bee4f71fde0171174132fa62052905850343f8cf90a01362b7e7a564b8f0616d9bb1ed42901959a060206d0154f3563836d2ba052bb47b399c3f33d7cd9f341f18e7d76c113af543be3f2332dcdddfe0596708f315b77643b61826865b4c19d2495220fc8174334c6048459be46fa39c455b30b0920361828a14fa9bc0f17e2b8b8386951c528e147ed2a10f0dda2a2c6ebaf850006a97a59e4eff4e558807318514e72e14e2315275bf9c6d27c5d63c300f23750b1dba8e3bfa2b8db9981dbe2075877b3b6c300baeca37640cef0af4c23db6680e90e12e657ed2d278613b76360549dbaf6ab800a508d3a3fd7086d91182f08c9eb5683c3f380f3a0f0352a539160e4034af26849317e789b0506ff17d8abed6fcb1dbf065b75303a00b50681bcfccbf2bf075d3664f5397ab580235a3345534c3fc4fd9649572c6e8911f4abfcfa489de8c0b97d2a399dd11541b4318dcc8a821fa89701339c391c777476e2db0e9758cccf38bbea8eb6ee199166fe92f93c73c9a75806172021da60d3bb7fb8569124bfa8cde3e97421ad81692bbd53fbf68189b472c78198d396f51618c4ca7eed7dc8cfaa5c62e32f9ffdb9139b9cd8226f54584d06cdc85c211cf78f5e2870e666c6ed75ad50eb2adc706c4b37aa897367b7d77fe1c5bad994817fced3d59cd0d79303075f732a912ee990e642bc0e963912c8f6724dc4453a73e2a5e3d6c229427ec9a85b50d31513cefb46dc207383cf7af294d2fa8f7d9b83887a8ecd9628ff825b6060e20b4194b1c55d53a605ad456600dca14796fabb031497358f93d639504e8897845ff83f359752fa729d624339a2ba57dfdb4c1ce5330048c2d956a8c379fae84756be6ee4bc30ad248e08147573f9bc945caff686904df9d73be328e04705bc1e8f208fa5279435c16fed6a7b0b6ecc863550759cda0cd6fea3780078286d66d051e800635b9f5ea5b7b1f40d1d9982476fb60c7a652f857f154855a85955cfc61a5758dc0c9e43da873a4e18eda0f0bf32b33e21c4942df73857f64aa1622117ad1a8aabe8ff2ea614f00c68db364e24e5452aeb9fcc83596a4afa785fda58314f0c0d4753201e9a9358d7c359f5627bae0601fca5eabb9cca69b8a6c3f61
Private key decrypted: rw@wbnaq2R@DS#u3o7hxWckqhfkzbT
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Main.out
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plugins {
id 'application'
}
repositories {
mavenCentral()
}
dependencies {
implementation('org.bouncycastle:bcprov-jdk18on:1.72')
implementation 'org.bouncycastle:bcpkix-jdk18on:1.72'
}
application {
mainClass = 'io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt.Main'
}
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build.gradle
Listar algoritmos de clave asimétrica
El siguiente código permite obtener que algoritmos soporta un determinado servicio de seguridad proporcionado por Java, en este caso el servicio para generar claves asimétricas. En el caso de Java 17 se soportan los algoritmos DSA y RSA.
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package io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt;
...
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
...
System.out.println("");
System.out.println("Asymmetric encryption");
asymmetricEncrypt();
}
private static void asymmetricEncrypt() throws Exception {
Set<String> keypairGenerators = Security.getAlgorithms("KeyPairGenerator");
System.out.println("Supported key generators: " + keypairGenerators.stream().sorted().collect(Collectors.joining(",")));
...
}
...
}
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Main-1.java
Generar un par de claves privada y pública
Antes de poder cifrar y descifrar datos con clave asimétrica hay que generar las claves privada y pública, son dos claves diferentes pero que están relacionadas matemáticamente y se generan al mismo tiempo.
Uno de los parámetros de configuración al generar las claves es la longitud de bits de las claves, a mayor longitud mayor seguridad con una mayor capacidad de cálculo requerido para el cifrado y descifrado. En el ejemplo se generan las claves con una longitud de 8192 bits que es un tamaño muy superior al necesario para la clave en los algoritmos de clave simétrica.
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package io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt;
...
public class Main {
...
private static void asymmetricEncrypt() throws Exception {
...
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGenerator.initialize(8192);
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
System.out.println("Private key: \n" + encodePem(privateKey));
System.out.println("Public key: \n" + encodePem(publicKey));
...
}
...
}
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Main-2.java
Las claves se suelen codificar en formato PEM y guardar en un archivo de texto. Java no ofrece una clase para realizar la codificación en un archivo PEM por lo que en este ejemplo se utilizan las clases PemObject y JcaPEMWriter de la librería Bouncy Castle.
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package io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt;
...
public class Main {
...
private static void asymmetricEncrypt() throws Exception {
...
PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
System.out.println("Private key: \n" + encodePem(privateKey));
System.out.println("Public key: \n" + encodePem(publicKey));
byte[] encrypted = encrypt(publicKey, text);
String decrypted = new String(decrypt(privateKey, encrypted));
System.out.println("Plain text: " + text);
System.out.println("Public key encrypted: " + HexFormat.of().formatHex(encrypted));
System.out.println("Private key decrypted: " + decrypted);
}
...
public static String encodePem(PrivateKey privateKey) throws Exception {
PemObject privateKeyPemObject = new PemObject("RSA PRIVATE KEY", privateKey.getEncoded());
StringWriter stringWriter = new StringWriter();
JcaPEMWriter pemWriter = new JcaPEMWriter(stringWriter);
pemWriter.writeObject(privateKeyPemObject);
pemWriter.close();
return stringWriter.toString();
}
public static String encodePem(PublicKey publicKey) throws Exception {
PemObject privateKeyPemObject = new PemObject("RSA PUBLIC KEY", publicKey.getEncoded());
StringWriter stringWriter = new StringWriter();
JcaPEMWriter pemWriter = new JcaPEMWriter(stringWriter);
pemWriter.writeObject(privateKeyPemObject);
pemWriter.close();
return stringWriter.toString();
}
}
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Main-3.java
Cifrar datos con la clave pública
El proceso de cifrado de datos en un algoritmo de clave asimétrica se realiza con la clave pública. El proceso de cifrado con la clave pública es similar a como se hace con un algoritmo de clave simétrica.
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package io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt;
...
public class Main {
...
private static void asymmetricEncrypt() throws Exception {
...
String text = "rw@wbnaq2R@DS#u3o7hxWckqhfkzbT";
byte[] encrypted = encrypt(publicKey, text);
String decrypted = new String(decrypt(privateKey, encrypted));
System.out.println("Plain text: " + text);
System.out.println("Public key encrypted: " + HexFormat.of().formatHex(encrypted));
System.out.println("Private key decrypted: " + decrypted);
}
...
private static byte[] encrypt(PublicKey publicKey, String text) throws Exception {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
return cipher.doFinal(text.getBytes());
}
...
}
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Main-4.java
Descifrar datos con la clave privada
Los datos cifrados con la clave pública sólo es posible con la clave privada. El proceso de descifrado también es muy similar al descifrado con una clave simétrica.
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package io.github.picodotdev.blogbitix.javahashingencrypt;
...
public class Main {
...
private static void asymmetricEncrypt() throws Exception {
...
String text = "rw@wbnaq2R@DS#u3o7hxWckqhfkzbT";
byte[] encrypted = encrypt(publicKey, text);
String decrypted = new String(decrypt(privateKey, encrypted));
System.out.println("Plain text: " + text);
System.out.println("Public key encrypted: " + HexFormat.of().formatHex(encrypted));
System.out.println("Private key decrypted: " + decrypted);
}
...
private static byte[] decrypt(PrivateKey key, byte[] encrypted) throws Exception {
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
return cipher.doFinal(encrypted);
}
...
}
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Main-5.java
El código fuente completo del ejemplo puedes descargarlo del repositorio de ejemplos de Blog Bitix alojado en GitHub y probarlo en tu equipo ejecutando siguiente comando:
./gradlew run
