使用JPBC实现双线性对加密算法（BasicIdent体制的java实现）前言

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我是靠谱客的博主威武汽车，最近开发中收集的这篇文章主要介绍使用JPBC实现双线性对加密算法（BasicIdent体制的java实现）前言，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

前言

现在网上关于java版的双线性对算法的实现的代码很少，我在前段时间想找下这方面的代码都找不到，结果只能自己摸索。经过一段时间的摸索，终于配置好了jPBC库并实现了一些代码。所以为了让大家学习双线性算法的实现时少走点弯路，想通过博客的形式将我前段时间的学习成果跟大家分享下，为处于研究双线对密码初级阶段，还不懂得如何用java实现算法的菜鸟们提供一篇技术性的博客。

正文

关于java配对库网址为http://gas.dia.unisa.it/projects/jpbc/index.html#.VTDrLSOl_Cw，在这个网址http://gas.dia.unisa.it/projects/jpbc/docs/pairing.html#.Vz2yzOyEAzB有基本函数的用法，只看这个网址，相信很多对于Pairing-Based Cryptography Library (JPBC)还没入门的同学肯定是看的云里雾里的，看着就烦，其实我当初就是这样的。大家先不用急，学习这个库也是一个循序渐进的过程。关于jPBC库的配置，推荐一篇博客http://blog.csdn.net/liuweiran900217/article/details/23414629，这个博客已经将jPBC的配置写的很详细了，我就不赘述了。JPBC库中函数的基本使用和一些简单的算法实现，现在还没有发现专门介绍java的PBC库的相关书籍，推荐一本李发根，吴威峰著的书——《基于配对的密码学》，这本书详细讲了PBC库中每个函数的使用，还有经典算法的代码实现，这本书是C语言版的，对照这本书来研究JPBC会相对轻松很多。

用JPBC实现的算法实例

BasicIdent的基于身份的加密体制是由Boneh和Franklin在《Identity-Based Encryption fromthe Weil Pairing》提出的，算法的加解密过程大家可以自行参考下这篇论文，过程还是比较简单的。

Ident接口

package cn.edu.zjut.pbc;


public interface Ident {
	
	void buildSystem();
	
	void extractSecretKey();
	
	void encrypt();
	
	void decrypt();

}

这个类是核心类，包括初始化init()，配对的对称性判断checkSymmetric()，系统建立buildSystem()，密钥提取extractSecretKey()，加密encrypt()，解密decrypt()。

package cn.edu.zjut.pbc;

import it.unisa.dia.gas.jpbc.*;
import it.unisa.dia.gas.plaf.jpbc.pairing.PairingFactory;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.Calendar;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class BasicIdent2 implements Ident {

	private Element s, r, P, Ppub, Su, Qu, V, T1, T2;
	private Field G1, Zr;
	private Pairing pairing;

	public BasicIdent2() {
		init();
	}

	/**
    * 初始化
    */
	private void init() {
		pairing = PairingFactory.getPairing("a.properties");//
		PairingFactory.getInstance().setUsePBCWhenPossible(true);
		checkSymmetric(pairing);
		//将变量r初始化为Zr中的元素
		Zr = pairing.getZr();
		r = Zr.newElement();
		//将变量Ppub，Qu，Su，V初始化为G1中的元素，G1是加法群
		G1 = pairing.getG1();
		Ppub = G1.newElement();
		Qu = G1.newElement();
		Su = G1.newElement();
		V = G1.newElement();
		//将变量T1，T2V初始化为GT中的元素，GT是乘法群
		Field GT = pairing.getGT();
		T1 = GT.newElement();
		T2 = GT.newElement();
	}

	/**
	 * 判断配对是否为对称配对，不对称则输出错误信息
	 * 
	 * @param pairing
	 */
	private void checkSymmetric(Pairing pairing) {
		if (!pairing.isSymmetric()) {
			throw new RuntimeException("密钥不对称!");
		}
	}

	@Override
	public void buildSystem() {
		System.out.println("-------------------系统建立阶段----------------------");
		s = Zr.newRandomElement().getImmutable();// //随机生成主密钥s
		P = G1.newRandomElement().getImmutable();// 生成G1的生成元P
		Ppub = P.mulZn(s);// 计算Ppub=sP,注意顺序
		System.out.println("P=" + P);
		System.out.println("s=" + s);
		System.out.println("Ppub=" + Ppub);
	}

	@Override
	public void extractSecretKey() {
		System.out.println("-------------------密钥提取阶段----------------------");
		Qu = pairing.getG1().newElement().setFromHash("IDu".getBytes(), 0, 3)
				.getImmutable();// //从长度为3的Hash值IDu确定用户U产生的公钥Qu
		Su = Qu.mulZn(s).getImmutable();
		System.out.println("Qu=" + Qu);
		System.out.println("Su=" + Su);
	}

	@Override
	public void encrypt() {
		System.out.println("-------------------加密阶段----------------------");
		r = Zr.newRandomElement().getImmutable();
		V = P.mulZn(r);
		T1 = pairing.pairing(Ppub, Qu).getImmutable();// 计算e（Ppub,Qu）
		T1 = T1.powZn(r).getImmutable();
		System.out.println("r=" + r);
		System.out.println("V=" + V);
		System.out.println("T1=e（Ppub,Qu）^r=" + T1);
	}

	@Override
	public void decrypt() {
		System.out.println("-------------------解密阶段----------------------");
		T2 = pairing.pairing(V, Su).getImmutable();
		System.out.println("e(V,Su)=" + T2);
		int byt = V.getLengthInBytes();// 求V的字节长度，假设消息长度为128字节
		System.out.println("文本长度" + (byt + 128));
	}

	public static void main(String[] args) {
		BasicIdent2 ident = new BasicIdent2();
		// 动态代理，统计各个方法耗时
		Ident identProxy = (Ident) Proxy.newProxyInstance(
				BasicIdent2.class.getClassLoader(),
				new Class[] { Ident.class }, new TimeCountProxyHandle(ident));

		identProxy.buildSystem();
		identProxy.extractSecretKey();
		identProxy.encrypt();
		identProxy.decrypt();
	}

}

最后使用了动态代理（java自带的代理模式）用来统计各个阶段的耗时。

package cn.edu.zjut.pbc;


import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * 时间统计处理机，用于统计各方法耗时
 * @author Administrator
 *
 */
public class TimeCountProxyHandle implements InvocationHandler {

    private Object proxied;

    public TimeCountProxyHandle(Object obj) {
        proxied = obj;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        long begin = System.currentTimeMillis();
        Object result = method.invoke(proxied, args);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(method.getName() + "耗时:" + (end - begin) + "ms");
        return result;
    }
}

运行结果展示