DES - 对称加密算法简要介绍与JAVA实现-阿里云开发者社区

【1】DES简介

DES，全称为“Data Encryption Standard”，中文名为“数据加密标准”，是一种使用密钥加密的块算法，也是对称加密算法。

DES 算法为密码体制中的对称密码体制，又被称为美国数据加密标准，是 1972 年美国 IBM 公司研制的对称密码体制加密算法。

明文按 64 位进行分组，密钥长 64 位(8bytes=64bit)，密钥事实上是 56 位参与 DES 运算（第8、16、24、32、40、48、56、64 位是校验位，使得每个密钥都有奇数个 1）分组后的明文组和 56 位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。

【2】分组模式

DES加密模式：有ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等几种工作模式。

① ECB

ECB，中文名“电子密码本模式”，是最古老、最简单的模式，将加密的数据分成若干组，每组的大小跟加密密钥长度相同。然后每组都用相同的密钥加密，比如 DES 算法，如果最后一个分组长度不够 64 位，要补齐 64 位。

② CBC

CBC，中文名“加密块链模式”，与 ECB 模式最大的不同是加入了初始向量。

它的特点是，每次加密的密文长度为 64位 ( 8 个字节)，当相同的明文使用相同的密钥和初始向量的时候 CBC 模式总是产生相同的密文。

③ CFB

CFB，中文名“加密反馈模式”，加密反馈模式克服了需要等待 8 个字节才能加密的缺点，它采用了分组密码作为流密码的密钥流生成器。

它的特点是，每次加密的 Pi 和 Ci 不大于 64 位；加密算法和解密算法相同，不能适用于公钥算法；使用相同的密钥和初始向量的时候，相同明文使用 CFB 模式加密输出相同的密文；可以使用不同的初始化变量使相同的明文产生不同的密文，防止字典攻击；加密强度依赖于密钥长度；加密块长度过小时,会增加循环的数量,导致开销增加；加密块长度应时 8 位的整数倍（即字节为单位）；一旦某位数据出错,会影响目前和其后 8 个块的数据。

④ OFB

OFB，中文名“输出反馈模式”，与 CFB 模式不同之处在于, 加密位移寄存器与密文无关了,仅与加密 key 和加密算法有关。

做法是不再把密文输入到加密移位寄存器，而是把输出的分组密文（Oi）输入到一位寄存器。

因为密文没有参与链操作，所以使得 OFB 模式更容易受到攻击；不会进行错误传播，某位密文发生错误，只会影响该位对应的明文，而不会影响别的位；不是自同步的，如果加密和解密两个操作失去同步，那么系统需要重新初始化；每次重新同步时，应使用不同的初始向量。可以避免产生相同的比特流，避免“已知明文”攻击。

⑤ CTR

CTR，中文名“计数模式”，是对一系列输入数据块(称为计数)进行加密，产生一系列的输出块，输出块与明文异或得到密文。对于最后的数据块，可能是长 u 位的局部数据块，这 u 位就将用于异或操作，而剩下的 b-u 位将被丢弃（b表示块的长度）。

【3】Java实现

DesUtil如下：

package com.hh.common.encrypt;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
public class DesUtil {
  // 非对称加密算法  加密key 解密key  不相同
    /**
   * 功能描述：DES加密方法。
   * @param encryptString String类型 要加密的数据
   * @param encryptKey  String类型 加密的密钥
   * @return byte[]类型 加密后结果
   * 
   */
  public static byte[] encrypt(String encryptString, String encryptKey)
  {
    try
    {
      // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成securekey
      SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
      DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(encryptKey.getBytes("UTF-8"));
      SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
      // Cipher对象实际完成加密操作
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
         // 偏移量
      IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(encryptKey.getBytes("UTF-8"));   
      // 用密匙初始化Cipher对象
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, iv);
      // 执行加密操作
      return cipher.doFinal(encryptString.getBytes());
    } catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
      return null;
    }
  }
  /**
   * 功能描述：DES加密方法。
   * base64(des(src,key))
   * @param encryptString String类型 要加密的数据
   * @param encryptKey  String类型 加密的密钥
   * @return byte[]类型 加密后结果
   * 
   */
  public static String encryptBase64(String encryptString, String encryptKey)
  {
    try
    {
//      SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
      // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成securekey
      SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
      DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(encryptKey.getBytes());
      SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
      // Cipher对象实际完成加密操作
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
      // 偏移量
      IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(encryptKey.getBytes());   
      // 用密匙初始化Cipher对象
      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, iv);
      // 执行加密操作
      byte[] doFinal = cipher.doFinal(encryptString.getBytes());
      return Base64Util.encode(doFinal);
    } catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
      return null;
    }
  }
    /**
   * 功能描述：DES解密  方法。
   * @param decryptString byte[]类型 要解密的数据（需要使用Base64将字符串转换成byte[]）
   * @param decryptKey String类型 解密时使用的KEY
   * @return String类型 解密后结果
   */
  public static byte[] decrypt(String decryptString, String decryptKey)
  {
    try
    {
      // 创建一个密匙工厂
      SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
      // 创建一个DESKeySpec对象
      DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(decryptKey.getBytes("UTF-8"));
      // 将DESKeySpec对象转换成SecretKey对象
      SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
      // Cipher对象实际完成解密操作
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
         // 偏移量
      IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(decryptKey.getBytes("UTF-8")); 
      // 用密匙初始化Cipher对象
      cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey, iv);
      // 执行解密操作
      return cipher.doFinal(decryptString.getBytes());
    } catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
      return null;
    }
  }
  /**
   * 功能描述：DES解密  方法。
   * decryptBase64--->decrtpyDes
   * @param decryptString byte[]类型 要解密的数据（需要使用Base64将字符串转换成byte[]）
   * @param decryptKey String类型 解密时使用的KEY
   * @return String类型 解密后结果
   */
  public static String decryptBase64(String decryptString, String decryptKey)
  {
    try
    {
//      SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
      byte[] decode = Base64Util.decode(decryptString);
      // 创建一个密匙工厂
      SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
      // 创建一个DESKeySpec对象
      DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(decryptKey.getBytes());
      // 将DESKeySpec对象转换成SecretKey对象
      SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
      // Cipher对象实际完成解密操作
      Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
      // 偏移量
      IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(decryptKey.getBytes()); 
      // 用密匙初始化Cipher对象
      cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey, iv);
      // 执行解密操作
      byte[] doFinal = cipher.doFinal(decode);
      System.out.println(doFinal);
      return new String(doFinal);
    } catch (Exception e){
      e.printStackTrace();
      return null;
    }
  }
}

测试如下：

  @Test
  public void testDes(){
    String key = "1020457f";
    String src = "今天下雪了";
    try {
      String encryptBase64 = DesUtil.encryptBase64(src, key);
      System.out.println("DesUtil 加密 ： "+encryptBase64);
      String decryptBase64 = DesUtil.decryptBase64(encryptBase64, key); 
      System.out.println("DesUtil 解密 ： "+decryptBase64);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }

结果输出如下：

DesUtil 加密： 7VhX51Twa8Z39WtXgJ3NWw==

DesUtil 解密：今天下雪了

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