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Java实现AES加密

2023-02-01 656

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简介： Java实现AES加密

1 前言

基于合规、外部网络攻击等环境要求，需要企业梳理敏感数据，有选择性地加密敏感字段内容、脱敏前端敏感字段内容，保证数据库敏感数据的安全、前端页面的数据防泄露。敏感数据以密文的形式存储，能保证即使在存储介质被窃听或者数据文件被非法复制的情况下，敏感数据仍然是安全。

2 技术选型

对称加密 or 非对称加密

在对称加密中,加密和解密使用的是同一份密钥。而非对称加密中,加密和解密使用的是不同的密钥。非对称加密中的密钥分为公钥和私钥。任何人都可以通过公钥进行信息加密,但是只有用户私钥的人才能完成信息解密。

本次功能是向所有端提供公共sdk，加密和解密使用者在同一端，所以选择对称加密，AES是对称加密的典型工具，本次选择AES加密工具

3 AES加密

### AES加密简介

AES加密算法是密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。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。

AES 是一个新的可以用于保护电子数据的加密算法。明确地说，AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换（permutations ）和替换(substitutions）输入数据。

AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：

密钥扩展（KeyExpansion）。
初始轮（Initial Round）。
重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey。
最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

AES128 vs AES256

AES128与AES256区别是，AES的性能更快，因为底层是迭代加密原理，AES128的迭代次数AES256少，速度更快，而AES256的安全性相对更好

在早期JDK版本中，由于受美国的密码出口条例约束，Java中涉及加解密功能的API被限制出口，jdk1.8.99版本后才允许AES256的使用，如果使用AES256加密，如果集成AES jar包的项目jdk版本低于jdk1.8.99那么就要对jdk进行修改，所以本次选择AES128

4 AES加密实现

public class AESUtils {

    private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(AESUtils.class);

    private static final String encodeRules = "dst-aes";
    private static final String AES = "AES";
    private static final String SHA_1_PRNG = "SHA1PRNG";
    private static final String UTF_8 = "utf-8";

    /**
     * 加密
     * 1.构造密钥生成器
     * 2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器
     * 3.产生密钥
     * 4.创建和初始化密码器
     * 5.内容加密
     * 6.返回字符串
     */
    public static String AESEncode(String content) {
        try {
            KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance(AES);
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance(SHA_1_PRNG);
            random.setSeed(encodeRules.getBytes());
            keygen.init(128, random);
            SecretKey original_key = keygen.generateKey();
            byte[] raw = original_key.getEncoded();
            SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, AES);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            byte[] byte_encode = content.getBytes(UTF_8);
            byte[] byte_AES = cipher.doFinal(byte_encode);
            String AES_encode = Base64.getEncoder().encodeToString(byte_AES);
            return AES_encode;
        } catch (Exception e) {
            log.error("加密数据失败，异常信息",e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }




    /**
     * 解密
     * 解密过程：
     * 1.同加密1-4步
     * 2.将加密后的字符串反纺成byte[]数组
     * 3.将加密内容解密
     */
    public static String AESDecode(String content) {
        try {
            KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance(AES);
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance(SHA_1_PRNG);
            random.setSeed(encodeRules.getBytes());
            keygen.init(128, random);
            SecretKey original_key = keygen.generateKey();
            byte[] raw = original_key.getEncoded();
            SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, AES);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
            byte[] byte_content = new BASE64Decoder().decodeBuffer(content);
            byte[] byte_decode = cipher.doFinal(byte_content);
            String AES_decode = new String(byte_decode, UTF_8);
            return AES_decode;
        } catch (Exception e) {
            log.error("解密数据失败，异常信息",e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

实现比较简单，首先是输入种子，根据AES算法生成秘钥，再根据秘钥加密数据就可以了，解密时也一样，测试一下

public static void main(String[] args) {

    // 1 身份证号加密

    System.*out*.println("未加密身份证号/211011199202292013");

    String enCodeIdnumber = AESUtils.*AESEncode*("211011199202292013");

    System.*out*.println("加密后身份证号/" + enCodeIdnumber +"/位数" + enCodeIdnumber.length());

    String decodeIdnumber = AESUtils.*AESDecode*(enCodeIdnumber);

    System.*out*.println("解密后身份证号/" + decodeIdnumber);

    // 2 手机号加密

    System.*out*.println("未加密手机号/18218424921");

    String enCodeIdnumber = AESUtils.*AESEncode*("18218424921");

    System.*out*.println("加密后手机号/" + enCodeIdnumber +"/位数" + enCodeIdnumber.length());

    String decodeIdnumber = AESUtils.*AESDecode*(enCodeIdnumber);

    System.*out*.println("解密后手机号/" + decodeIdnumber);

    // 3 银行卡号加密

    System.*out*.println("未加密银行卡号/6217902000023951234");

    String enCodeIdnumber = AESUtils.*AESEncode*("6217902000023951234");

    System.*out*.println("加密后银行卡号/" + enCodeIdnumber +"/位数" + enCodeIdnumber.length());

    String decodeIdnumber = AESUtils.*AESDecode*(enCodeIdnumber);

    System.*out*.println("解密后银行卡号/" + decodeIdnumber);

}

控制台结果

未加密身份证号/211011199202292013

加密后身份证号/Go5Kb2L515RN1OkuRoiWgiFQV8oq57P74pa/do91WXo=:c2pLTFkwMDAwMDAwMDAwMA==/位数69

解密后身份证号/211011199202292013

未加密手机号/18218424921

加密后手机号/271M5stznel/jKhSGagjmQ==:c2pLTFkwMDAwMDAwMDAwMA==/位数49

解密后手机号/18218424921

未加密银行卡号/6217902000023951234

加密后银行卡号/knbBiyfYbAd1hmyUZwiq6mn0CAxuTlPBSG509j7jvbI=:c2pLTFkwMDAwMDAwMDAwMA==/位数69

解密后银行卡号/6217902000023951234

这时候就实现了AES的加密，但是还没结束，公司的不止java团队还有PHP团队，他们也要用AES加密，且要和java这边的加密解密保持一致，由于双方不清楚对方的代码，所以对接起来有些困难，而且AES加密有很多种，比如AES-128-ECB,AES-128-CBC等，最终为了兼容PHP端，将实现改为了AES-128-CBC方式

5 兼容PHP加密

实现AES-128-CBC加密

/**
 * @Description: AES加密类 128 CBC位加密
 * @author: qianyun
 * @date: 2022/6/1 14:19
 */
public class AESUtils {

    private static String CIPHER_NAME = "AES/CBC/PKCS5PADDING";

    /**
     * 128 bits
    */
    private static int CIPHER_KEY_LEN = 16;
    private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(AESUtils.class);

    private static final String AES = "AES";
    private static final String UTF_8 = "utf-8";

    static {
        AESConfig.readConfigFile();
    }


    /**
     * AES加密数据
     * @author yangjiawen
     * @date 2022/6/6 10:18
     * @param strToEncrypt: 加密字符串
     * @return String
    */
    public static String encrypt(String strToEncrypt) {
        String key = AESConfig.key;
        String iv = key.substring(0,5);
        iv += "00000000000";
        try {
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv.getBytes(UTF_8));
            SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(fixKey(key).getBytes(UTF_8), AES);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AESUtils.CIPHER_NAME);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivSpec);
            byte[] encryptedData = cipher.doFinal((strToEncrypt.getBytes()));
            String encryptedDataInBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedData);
            String ivInBase64 = Base64.getEncoder().encodeToString(iv.getBytes(UTF_8));
            return encryptedDataInBase64 + ":" + ivInBase64;
        } catch (Exception e) {
            log.error("加密数据失败，异常信息",e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    private static String fixKey(String key) {
        if (key.length() < AESUtils.CIPHER_KEY_LEN) {
            int numPad = AESUtils.CIPHER_KEY_LEN - key.length();
            for (int i = 0; i < numPad; i++) {
                //0 pad to len 16 bytes
                key += "0";
            }
            return key;
        }
        if (key.length() > AESUtils.CIPHER_KEY_LEN) {
            //truncate to 16 bytes
            return key.substring(0, CIPHER_KEY_LEN);
        }
        return key;
    };

    /**
     * AES解密数据
     * @author yangjiawen
     * @date 2022/6/6 10:19
     * @param data: 加密后数据
     * @return String
    */
    public static String decrypt(String data) {
        String key = AESConfig.key;
        try {
            String[] parts = data.split(":");
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(Base64.getDecoder().decode(parts[1]));
            SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(UTF_8), AES);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AESUtils.CIPHER_NAME);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv);
            byte[] decodedEncryptedData = Base64.getDecoder().decode(parts[0]);
            byte[] original = cipher.doFinal(decodedEncryptedData);
            return new String(original);
        } catch (Exception e) {
            log.error("解密数据失败，异常信息",e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }


}

经过测试，双方的秘钥相同，加密后结果相同，这样一个AES加密就完成了。

6 结语

随着信息技术的发展，数据安全越来越重要，一些敏感数据还是需要加密的方式来存储，所以对一些加密技术进行一些了解很有好处，对称加密和非对称加密在银行等项目中是经常被使用的技术，跨语言的加解密也是一个经常遇到的问题，实现很简单，因为很多实现细节都已经封装好了，文章没有写的很深入，如果有兴趣可以研究研究底层。

Java实现AES加密

1 前言

2 技术选型

3 AES加密

AES128 vs AES256

4 AES加密实现

5 兼容PHP加密

6 结语

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