技术经验分享：JAVAAES加密与解密

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一、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：

1、密钥扩展（KeyExpansion）。

2、初始轮（Initial Round）。

3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey。

4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

二、AES在JAVA中的使用

JCE，Java Cryptography Extension，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，所以Java中安全组件被分成了两部分: 不含加密功能的JCA（Java Cryptography Architecture ）和含加密功能的JCE（Java Cryptography Extension）。

JCA和JCE的API体系架构

JCE的API都在javax.crypto包下，核心功能包括：加解密、密钥生成（对称）、MAC生成、密钥协商。

（1）. 加解密

加解密功能由Cipher组件提供，其也是JCE中最核心的组件。

1. Cipher的几个知识点：

a. Cipher在使用时需以参数方式指定transformation

b. transformation的格式为algorithm/mode/padding，其中algorithm为必输项，如: AES/DES/CBC/PKCS5Padding

c. 缺省的mode为ECB，缺省的padding为PKCS5Padding

d. 在block算法与流加密模式组合时, 需在mode后面指定每次处理的bit数, 如DES/CFB8/NoPadding, 如未指定则使用缺省值, SunJCE缺省值为64bits

e. Cipher有4种操作模式: ENCRYPT_MODE(加密), DECRYPT_MODE(解密), WRAP_MODE(导出Key), UNWRAP_MODE(导入Key)，初始化时需指定某种操作模式

算法/模式/填充 16字节加密后数据长度 不满16字节加密后长度

AES/CBC/NoPadding 16 不支持

AES/CBC/PKCS5Padding 32 16

AES/CBC/ISO10126Padding 32 16

AES/CFB/NoPadding 16 原始数据长度

AES/CFB/PKCS5Padding 32 16

AES/CFB/ISO10126Padding 32 16

AES/ECB/NoPadding 16 不支持

AES/ECB/PKCS5Padding 32 16

AES/ECB/ISO10126Padding 32 16

AES/OFB/NoPadding 16 原始数据长度

AES/OFB/PKCS5Padding 32 16

AES/OFB/ISO10126Padding 32 16

AES/PCBC/NoPadding 16 不支持

AES/PCBC/PKCS5Padding 32 16

AES/PCBC/ISO10126Padding 32 16

可以看到，在原始数据长度为16的整数倍时，假如原始数据长度等于16n，则使用NoPadding时加密后数据长度等于16n，其它情况下加密数据长 度等于16(n+1)。在不足16的整数倍的情况下，假如原始数据长度等于16n+m【其中m小于16】，除了NoPadding填充之外的任何方 式，加密数据长度都等于16(n+1)；NoPadding填充情况下，CBC、ECB和PCBC三种模式是不支持的，CFB、OFB两种模式下则加密 数据长度等于原始数据长度。

2. 对称加密的算法与密钥长度选择

算法名称 密钥长 块长 速度 说明

DES 56 64 64 慢 不安全, 不要使用

3DES 112/168 64 很慢 中等安全, 适合加密较小的数据

AES 128, 192, 256 128 快 安全

Blowfish （4至56）8 64 快 快 应该安全, 在安全界尚未被充分分析、论证

RC4 40-1024 64 很快 安全性不明确

推荐使用AES算法。一般认为128bits的密钥已足够安全，如果可以请选择256bits的密钥。注意：

a. 密钥长度是在生成密钥时指定的，如：

KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("AES/CBC/PKCS5PADDING");

generator.init(256);

SecretKey key = generator.generateKey();

3. 加密示例代码

/

根据密钥对指定的明文plainText进行加密.

@param plainText 明文

@return 加密后的密文.

*/

public static final String encrypt(String plainText) {

Key secretKey = getKey("fendo888");

try {

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);

byte【】 p = plainText.getBytes("UTF-8");

byte【】 result = cipher.doFinal(p);

BASE64Encoder encoder = new BASE64Encoder();

String encoded = encoder.encode(result)//代码效果参考：http://hnjlyzjd.com/xl/wz_24477.html

;

return encoded;

} catch (Exception e) {

throw new RuntimeException(e);

}

}

4. 解密示例代码

/

根据密钥对指定的密文cipherText进行解密.

@param cipherText 密文

@return 解密后的明文.

/

public static final String decrypt(String cipherText) {

Key secretKey = getKey("fendo888");

try {

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);

BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();

byte【】 c = decoder.decodeBuffer(cipherText);

byte【】 result = cipher.doFinal(c);

String plainText = new String(result, "UTF-8");

return plainText;

} catch (Exception e) {

throw new RuntimeException(e);

}

}

其中的getKey()

public static Key getKey(String keySeed) {

if (keySeed == null) {

keySeed = System.getenv("AES_SYS_KEY");

}

if (keySeed == null) {

keySeed = System.getProperty("AES_SYS_KEY");

}

if (keySeed == null || keySeed.trim().length() == 0) {

keySeed = "abcd1234!@#$";// 默认种子

}

try {

SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");

secureRandom.setSeed(keySeed.getBytes());

KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance("AES");

generator.init(secureRandom);

return generator.generateKey();

} catch (Exception e) {

throw new RuntimeException(e);

}

}

三.AESUtils帮助类

package com.fendo.MD5;

import java.io.IOException;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import java.security.InvalidKeyException;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.BadPaddingException;

import javax.crypto.Cipher;

import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;

import javax.crypto.KeyGenerator;

import javax.crypto.NoSuchPaddingException;

import javax.crypto.SecretKey;

import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;

import sun.misc.BASE64Decoder;

import sun.misc.BASE64Encoder;

/**

@Title: AESUtils.java

@Package com.fendo.MD5

@Description: TODO

@author fendo

@date 2017年9月11日 下午5:48:17

@version V1.0

/

public class AESUtils {

private static final String encodeRules = "fendo";

/

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 {

//1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写

KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance("AES");

//2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器

//生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组

SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");

random.setSeed(encodeRules.getBytes());

keygen.init(128, random);

//3.产生原始对称密钥

SecretKey original_key = keygen.generateKey();

//4.获得原始对称密钥的字节数组

byte【】 raw = original_key.getEncoded();

//5.根据字节数组生成AES密钥

SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, "AES");

//6.根据指定算法AES自成密码器

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

//7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);

//8.获取加密内容的字节数组(这里要设置为utf-8)不然内容中如果有中文和英文混合中文就会解密为乱码

byte【】 byte_encode = content.getBytes("utf-8");

//9.根据密码器的初始化方式--加密：将数据加密

byte【】 byte_AES = cipher.doFinal(byte_encode);

//10.将加密后的数据转换为字符串

//这里用Base64Encoder中会找不到包

//解决办法：

//在项目的Build path中先移除JRE System Library，再添加库JRE System Library，重新编译后就一切正常了。

String AES_encode = new String(new BASE64Encoder().encode(byte_AES));

//11.将字符串返回

return AES_encode;

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {

e.printStackTrace();

} catch (NoSuchPaddingException e) {

e.printStackTrace();

} catch (InvalidKeyException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IllegalBlockSizeException e) {

e.printStackTrace();

} catch (BadPaddingException e) {

e.printStackTrace();

} catch (UnsupportedEncodingException e) {

e.printStackTrace();

}

//如果有错就返加nulll

return null;

}

/

AES加密

@param content 待加密的内容

@param encryptKey 加密密钥

@return 加密后的byte【】

@throws Exception

/

public static byte【】 aesEncryptToBytes(String content, String encryptKey) throws Exception {

KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");

kgen.init(128, new SecureRandom(encryptKey.getBytes()));

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(kgen.generateKey().getEncoded(), "AES"));

return cipher.doFinal(content.getBytes("utf-8"));

}

/

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 {

//1.构造密钥生成器，指定为AES算法,不区分大小写

KeyGenerator keygen = KeyGenerator.getInstance("AES");

//2.根据ecnodeRules规则初始化密钥生成器

//生成一个128位的随机源,根据传入的字节数组

SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");

random.setSeed(encodeRules.getBytes());

keygen.init(128, random);

//3.产生原始对称密钥

SecretKey original_key = keygen.generateKey();

//4.获得原始对称密钥的字节数组

byte【】 raw = original_key.getEncoded();

//5.根据字节数组生成AES密钥

SecretKey key = new SecretKeySpec(raw, "AES");

//6.根据指定算法AES自成密码器

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

//7.初始化密码器，第一个参数为加密(Encrypt_mode)或者解密(Decrypt_mode)操作，第二个参数为使用的KEY

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);

//8.将加密并编码后的内容解码成字节数组

byte【】 byte_content = new BASE64Decoder().decodeBuffer(content);

/

解密

*/

byte【】 byte_decode = cipher.doFinal(byte_content);

String AES_decode = new String(byte_decode, "utf-8");

return AES_decode;

} catch (NoSuchAlgorithmException e) {

e.printStackTrace();

} catch (NoSuchPaddingException e) {

e.printStackTrace();

} catch (InvalidKeyException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

} catch (IllegalBlockSizeException e) {

e.printStackTrace();

} catch (BadPaddingException e) {

e.printStackTrace();

}

//如果有错就返加nulll

return null;

}

/

AES解密

@param encryptBytes 待解密的byte【】

@param decryptKey 解密密钥

@return 解密后的String

@throws Exception

/

public static String aesDecryptByBytes(byte【】 encryptBytes, String decryptKey) throws Exception {

KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");

kgen.init(128, new SecureRandom(decryptKey.getBytes()));

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(kgen.generateKey().getEncoded(), "AES"));

byte【】 decryptBytes = cipher.doFinal(encryptBytes);

return new String(decryptBytes);

}

/

base 64 加密

@param bytes 待编码的byte【】

@return 编码后的base 64 code

/

public static String base64Encode(byte【】 bytes){

return new BASE64Encoder().encode(bytes);

}

/

base 64 解密

@param base64Code 待解码的base 64 code

@return 解码后的byte【】

@throws Exception

/

public static byte【】 base64Decode(String base64Code) throws Exception{

return StringUtils.isEmpty(base64Code) ? null : new BASE64Decoder().decodeBuffer(base64Code);

}

/**

将base 64 code AES解密

@param encryptStr 待解密的base 64 code

@param decryptKey 解密密钥

@return 解密后的string

@throws Exception

/

public static String aesDecrypt(String encryptStr, String decryptKey) throws Exception {

return StringUtils.isEmpty(encryptStr) ? null : aesDecryptByBytes(base64Decode(encryptStr), decryptKey);

}

/**

AES加密为base 64 code

@param content 待加密的内容

@param encryptKey 加密密钥

@return 加密后的base 64 code

@throws Exception

*/

public static String aesEncrypt(String content, String encryptKey) throws Exception {

return base64Encode(aesEncryptToBytes(content, encryptKey));

}

public static void main(String【】 args) {

String【】 keys = {

"", "root"

};

System.out.println("key | AESEncode | AESDecode");

for (String key : keys) {

System.out.print("key:"+key + " | ");

String encryptString = AESEncode(key);

System.out.print(encryptString + " | ");

String decryptString = AESDecode(encryptString);

System.out.println(decryptString);

}

}

}

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版权声明：本文为CSDN博主「码农致富」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。

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