JAVA实现AES加密、解密

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JAVA实现AES加密、解密

2023-08-22 18:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

JAVA实现AES加密、解密 1.什么是AES？

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES）为最常见的对称加密算法，是一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥.

**ps：**非对称加密（RSA、ECIES等），对称加密（AES、DES、SM4等）

那么为什么原来的DES会被取代呢，原因就在于其使用56位密钥，比较容易被破解。而AES可以使用128、192、和256位密钥，并且用128位分组加密和解密数据，相对来说安全很多。完善的加密算法在理论上是无法破解的，除非使用穷尽法。使用穷尽法破解密钥长度在128位以上的加密数据是不现实的，仅存在理论上的可能性。统计显示，即使使用目前世界上运算速度最快的计算机，穷尽128位密钥也要花上几十亿年的时间，更不用说去破解采用256位密钥长度的AES算法了。

目前世界上还有组织在研究如何攻破AES这堵坚厚的墙，但是因为破解时间太长，AES得到保障，但是所用的时间不断缩小。随着计算机计算速度的增快，新算法的出现，AES遭到的攻击只会越来越猛烈，不会停止的。

2.AES加密方式简析

AES加密是对称加密 128 192 256 分别表示密钥的长度

AES的加密方式会将明文拆分成不同的块进行加密，例如一个256 位的数据用128的密钥加密，则分成

明文1（128位）明文2（128位）

加密

密文1（128位）密文2（128位）

填充：

如果明文不是128位（16字节）的则需要填充，即在明文某个地方补充到16个字节整数倍的长度，加解密时需要采用同样的填充方式，否则无法解密成功，以下是几种填充方式:

NoPadding 不进行填充，但是这里要求明文必须要是16个字节的整数倍，这个可以使用者本身自己去实现填充，除了该种模式以外的其他填充模式，如果已经是16个字节的数据的话，会再填充一个16字节的数据

PKCS5Padding（默认）在明文的末尾进行填充，填充的数据是当前和16个字节相差的数量，例如：未填充明文 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11

填充明文（缺少五个满足16个字节） 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，5，5，5，5，5

由于使用PKCS7Padding/PKCS5Padding填充时，最后一个字节肯定为填充数据的长度，所以在解密后可以准确删除填充的数据

ISO10126Padding 在明文的末尾进行填充，当前和16个字节相差的数量填写在最后，其余字节填充随机数，例如：未填充明文 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11

填充明文（缺少五个满足16个字节） 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，c，b，4，1，5

模式

模式是需要制定AES对明文进行加密时使用的模式（这里并不涉及具体的加密方法，只是加密步骤上的不同模式，在加解密时同样需要相同的模式，否则无法成功），一共提供了五种模式，模式的基本原理是近似的，但是细节上会有一些变化，如下：

ECB模式（默认）电码本模式 Electronic Codebook Book

这个模式是默认的，就只是根据密钥的位数，将数据分成不同的块进行加密，加密完成后，再将加密后的数据拼接起来，过程如下：

明文（64字节）密钥（16字节）

明文1（16字节）明文2（16字节）明文3（16字节）明文4（16字节）

密文1（16字节）密文2（16字节）密文3（16字节）密文4（16字节）

密文（64字节）

**优点：**简单、速度快、可并行 **缺点：**如果明文块相同，则生成的密文块也相同，这样会导致安全性降低

CBC模式密码分组链接模式 Cipher Block Chaining

为了解决ECB模式的密文块相同的缺点，CBC的模式引入了一个初始向量概念，该向量必须是一个与密钥长度相等的数据，在第一次加密前，会使用初始化向量与第一块数据做异或运算，生成的新数据再进行加密，加密第二块之前，会拿第一块的密文数据与第二块明文进行异或运算后再进行加密，以此类推，解密时也是在解密后，进行异或运算，生成最终的明文。过程如下：

明文（63字节）密钥（16字节）初始向量iv（16字节）

明文1（16字节）明文2（16字节）明文3（16字节）明文4+一个0（16字节）

异或 +初始向量 +密文1 +密文2 +密文3

密文1（16字节）密文2（16字节）密文3（16字节）密文4（16字节）

密文（64字节）

这里需要注意如下几点： 1.向量必须是一个与密钥长度相等的数据 2.由于在加密前和解密后都会做异或运算，因此我们的明文可以不用补全，不是16个字节的倍数也可以，CBC中会自动用0补全进行异或运算 3.在解密时是解密后才会再做异或运算，保证数据解密成功 4.由于自动进行了补全，所以解密出的数据也会在后面补全0，因此获取到数据时，需要将末尾的0去除，或者根据源数据长度来截取解密后的数据

**优点：**每次加密密钥不同，加强了安全性

CBC的方式解决了EBC的缺点，但是也有其缺点： 1.加密无法并行运算，但是解密可以并行，必须在前一个块加密完成后，才能加密后块，并且也需要填充0在后面，所以并不适合流数据（不适合的原因可能是，需要满足128位的数据之后才能进行加密，这样后面才不会有0的补全） 2.如果前一个数据加密错误，那么后续的数据都是错的了 3.两端需要同时约定初始向量iv

CFB模式：密码反馈模式 Cipher FeedBack 这个模式只使用了加密方法，原理是用到了一个数值异或运算之后再进行一次异或运算，值不改变的原理。并且在加密的时候，如果数据并不满足一个密钥的字节，那么只做保存，待满足一个密钥的字节后再进行加密过程如下：

加密：

明文（260个字节） iv（128个字节）

明文1（128个字节）明文2（128个字节）明文3（4个字节）

（iv+key）异或明文1 （密文1+key）异或明文1 （密文1+key）异或明文3

密文1（128个字节）密文2（128个字节）密文3（4个字节）

解密：

密文（260个字节） iv（128个字节）密钥（128字节）

密文1（128个字节）密文2（128个字节）密文3（4个字节）

（iv+key）异或密文1 （密文1+key）异或密文2 （密文1+key）异或密文3

明文1 （128个字节）明文2 （128个字节）明文3（4个字节）

这里需要注意如下几点： 1.加解密时会返回一个num，这个num表示还需要几个数字，才会使用上一个密文加密，否则一直使用上上一个 2.加解密时也需要传入字符串的长度 3.由于解密时使用的都是密文来进行解密，并没有使用上一次解密的明文，因此解密也可以并行 4.由于CFB模式并不需要补全，或者一个完整的128字节才能加解密，综合第三点，所以适合流数据的传输。 5.CFB模式不止有CFB128（即与密钥长度一致），还有CFB1 和CFB8 即加解密1或8位后，再调用一次加密器生成新的值，这样可以使加密更安全，但是就会处理更多的运算，CFB1的运算时间是CFB8的八倍 CFB128的128倍 6.使用CFB128或者CFB8的时候传入的length单位是字节，CFB1是length的单位是位。 7.使用CFB1和CFB8的时候，num值会始终为0

优点:解密可同步，可以传入非16字节倍数的数据，适合流数据

CFB模式当然也有一个缺点，解密的时候可以并行解密，但是加密的时候并不可以并行加密。并且也需要选择iv

OFB模式：输出反馈模式 Output FeedBack 该模式与CFB类似，但是是将iv或者上一个iv加密后的数据加密，生成的key与明文做异或运算，解密时采用的是同样的方法，利用了异或运算的对称性来进行加解密，除了这一点，其余与CFB一致

加密/解密：

CFB: （iv+key）异或明文1 （密文1+key）异或明文1 （密文1+key）异或明文3

OFB （iv+key)异或明文1 （（iv+key）+key)异或明文1 （（（iv+key）+key）+key）异或明文3

优点：与CFB一样，方便传输流数据

缺点：由于依赖上一次的加密结果，所以并不能并行处理，特性是解密步骤完全一致，因此使用方法上不会有区别。

CTR模式：计算器模式 Counter OFB不能并行的原因就在于需要上一次的iv进行加密后的结果，因此在CTR中我们将（iv+key）+key替换成了（iv+1）+key,这样我们就不需要依赖上一次的加密结果了。对比如下:

OFB （iv+key)异或明文1 （（iv+key）+key)异或明文1 （（（iv+key）+key）+key）异或明文3

CTR （iv+key)异或明文1 （（iv+1）+key)异或明文1 （（（iv+1）+1）+key）异或明文3

**优点：**由于加解密可以并行，因此CTR模式的加解密速度也很快

**缺点：**iv+1的获取比较负责，需要获取瞬时iv

3.示例 Ecb模式: import sun.misc.BASE64Decoder; import sun.misc.BASE64Encoder; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; /** * @program: LIS_SL * @description: AES加密解密算法 Ecb模式 * @author: XWJ * @create: 2021-05-25 10:50 **/ public class AesEcbSecureUtil { // 加密 public static String Encrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception { if (sKey == null) { System.out.print("Key为空null"); return null; } // 判断Key是否为16位 if (sKey.length() != 16) { System.out.print("Key长度不是16位"); return null; } byte[] raw = sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//"算法/模式/补码方式" cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec); byte[] encrypted = cipher.doFinal(sSrc.getBytes("utf-8")); return new BASE64Encoder().encode(encrypted);//此处使用BASE64做转码功能，同时能起到2次加密的作用。 } // 解密 public static String Decrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception { try { // 判断Key是否正确 if (sKey == null) { System.out.print("Key为空null"); return null; } // 判断Key是否为16位 if (sKey.length() != 16) { System.out.print("Key长度不是16位"); return null; } byte[] raw = sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec); byte[] encrypted1 = new BASE64Decoder().decodeBuffer(sSrc);//先用base64解密 try { byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1); String originalString = new String(original, "utf-8"); return originalString; } catch (Exception e) { System.out.println(e.toString()); return null; } } catch (Exception ex) { System.out.println(ex.toString()); return null; } } public static void main(String[] args) throws Exception { /* * 此处使用AES-128-ECB加密模式，key需要为16位。 */ String cKey = "jkl;POIU1234++=="; // 需要加密的字串 String cSrc = "sss"; System.out.println(cSrc); // 加密 String enString = AesEcbSecureUtil.Encrypt(cSrc, cKey); System.out.println("加密后的字串是：" + enString); // 解密 String DeString = AesEcbSecureUtil.Decrypt(enString, cKey); System.out.println("解密后的字串是：" + DeString); } } AES-128-CBC加密模式： import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import javax.crypto.Cipher; import org.apache.commons.codec.binary.Base64; /** * @program: LIS_SL * @description: AES加密解密算法 CBC模式 * @author: XWJ * @create: 2021-05-25 10:50 **/ public class AesCbcSecureUtil { /* * 加密用的Key 可以用26个字母和数字组成使用AES-128-CBC加密模式，key需要为16位。 */ private static final String key = "hj7x89H$yuBI0456"; //key 密钥，长度16 private static final String iv = "NIfb&95GUY86Gfgh"; //iv 偏移量，长度16 /** * @param data 明文 * @return 密文 * @author XWJ * @Description AES算法加密明文 */ public static String encryptAES(String data) throws Exception { try { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); int blockSize = cipher.getBlockSize(); byte[] dataBytes = data.getBytes("utf-8"); int plaintextLength = dataBytes.length; if (plaintextLength % blockSize != 0) { plaintextLength = plaintextLength + (blockSize - (plaintextLength % blockSize)); } byte[] plaintext = new byte[plaintextLength]; System.arraycopy(dataBytes, 0, plaintext, 0, dataBytes.length); SecretKeySpec keyspec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES"); IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(iv.getBytes()); // CBC模式，需要一个向量iv，可增加加密算法的强度 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyspec, ivspec); byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext); return AesCbcSecureUtil.encode(encrypted).trim(); // BASE64做转码。 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * @param data 密文 * @return 明文 * @author XWJ * @Description AES算法解密密文 */ public static String decryptAES(String data) throws Exception { try { byte[] encrypted1 = AesCbcSecureUtil.decode(data);//先用base64解密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); SecretKeySpec keyspec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES"); IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(iv.getBytes()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyspec, ivspec); byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1); String originalString = new String(original); return originalString.trim(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * 编码 * * @param byteArray * @return */ public static String encode(byte[] byteArray) { return new String(new Base64().encode(byteArray)); } /** * 解码 * * @param base64EncodedString * @return */ public static byte[] decode(String base64EncodedString) { return new Base64().decode(base64EncodedString); } public static void main(String[] args) { String ss = "ssss"; try { String s = AesCbcSecureUtil.encryptAES(ss); System.out.println("加密：" + s); String s1 = AesCbcSecureUtil.decryptAES(s); System.out.println("解密：" + s1); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

参考：https://www.cnblogs.com/better-farther-world2099/p/13293291.html

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