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对称加密算法-AES算法（高级数据加密标准）

2016-05-14 6085
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简介：

一、简述

  DES的不安全性以及DESede算法的低效，催生了这个AES算法（advanced Encryption Standard）。这个算法比DES要快，安全性高。密钥建立时间段、灵敏性好、内存需求低。在各个领域应用广泛。目前，AES通常用于移动通信系统以及一些软件的安全外壳。还有一些无线路由器中也是用AES算法构建加密协议

二、AES算法的概要说明

 

算法 密钥长度 密钥长度默认值 工作模式 填充方式 备注

AES 128/192/256 128 ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8至CFB128/OFB/OFB8至OFB128 NoPadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding java6实现。如果使用256位的密钥，需要无政策限制文件（Unlimited Strength Jurisdiction Policy Files ）

AES 128/192/256 128 ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8至CFB128/OFB/OFB8至OFB128 PKCS7Padding/ZeroBytePadding Bouncy Castle实现

三、AES算法的java6实现代码

package com.ca.test;
import java.security.Key;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
/**
 * AES对称加密算法，java6实现，bouncycastle也支持AES对称加密算法
 * 我们可以以AES算法实现为参考，完成RC2，RC4和Blowfish算法的实现
 * @author kongqz
 * */
public class AESCoder {
	/**
	 * 密钥算法
	 * java6支持56位密钥，bouncycastle支持64位
	 * */
	public static final String KEY_ALGORITHM="AES";
	
	/**
	 * 加密/解密算法/工作模式/填充方式
	 * 
	 * JAVA6 支持PKCS5PADDING填充方式
	 * Bouncy castle支持PKCS7Padding填充方式
	 * */
	public static final String CIPHER_ALGORITHM="AES/ECB/PKCS5Padding";
	
	/**
	 * 
	 * 生成密钥，java6只支持56位密钥，bouncycastle支持64位密钥
	 * @return byte[] 二进制密钥
	 * */
	public static byte[] initkey() throws Exception{
		
		//实例化密钥生成器
		KeyGenerator kg=KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		//初始化密钥生成器，AES要求密钥长度为128位、192位、256位
		kg.init(256);
		//生成密钥
		SecretKey secretKey=kg.generateKey();
		//获取二进制密钥编码形式
		return secretKey.getEncoded();
	}
	/**
	 * 转换密钥
	 * @param key 二进制密钥
	 * @return Key 密钥
	 * */
	public static Key toKey(byte[] key) throws Exception{
		//实例化DES密钥
		//生成密钥
		SecretKey secretKey=new SecretKeySpec(key,KEY_ALGORITHM);
		return secretKey;
	}
	
	/**
	 * 加密数据
	 * @param data 待加密数据
	 * @param key 密钥
	 * @return byte[] 加密后的数据
	 * */
	public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		//还原密钥
		Key k=toKey(key);
		/**
		 * 实例化
		 * 使用 PKCS7PADDING 填充方式，按如下方式实现,就是调用bouncycastle组件实现
		 * Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC")
		 */
		Cipher cipher=Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
		//初始化，设置为加密模式
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);
		//执行操作
		return cipher.doFinal(data);
	}
	/**
	 * 解密数据
	 * @param data 待解密数据
	 * @param key 密钥
	 * @return byte[] 解密后的数据
	 * */
	public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		//欢迎密钥
		Key k =toKey(key);
		/**
		 * 实例化
		 * 使用 PKCS7PADDING 填充方式，按如下方式实现,就是调用bouncycastle组件实现
		 * Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC")
		 */
		Cipher cipher=Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
		//初始化，设置为解密模式
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);
		//执行操作
		return cipher.doFinal(data);
	}
	/**
	 * @param args
	 * @throws Exception 
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String str="AES";
		System.out.println("原文："+str);
		//初始化密钥
		byte[] key=AESCoder.initkey();
		System.out.println("密钥："+Base64.encodeBase64String(key));
		//加密数据
		byte[] data=AESCoder.encrypt(str.getBytes(), key);
		System.out.println("加密后："+Base64.encodeBase64String(data));
		//解密数据
		data=AESCoder.decrypt(data, key);
		System.out.println("解密后："+new String(data));
	}
}
控制台输出结果：
原文：AES
密钥：PZ2cqR0GgybDSHtJqlrM59A5f2wLBapFTjidt1AADJg=
加密后：UVtlIlbQIufti69QYGyYMw==
解密后：AES

 java实现HEX

import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

/**
 * AES算法
 * @author biezhi
 *
 */
public class AESCoder {
	
	/**
	 * 密钥算法
	*/
	private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";
	
	private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";
	
	/**
	 * 初始化密钥
	 * 
	 * @return byte[] 密钥 
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] initSecretKey() {
		//返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
		KeyGenerator kg = null;
		try {
			kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
			e.printStackTrace();
			return new byte[0];
		}
		//初始化此密钥生成器，使其具有确定的密钥大小
		//AES 要求密钥长度为 128
		kg.init(128);
		//生成一个密钥
		SecretKey  secretKey = kg.generateKey();
		return secretKey.getEncoded();
	}
	
	/**
	 * 转换密钥
	 * 
	 * @param key	二进制密钥
	 * @return 密钥
	 */
	private static Key toKey(byte[] key){
		//生成密钥
		return new SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
	}
	
	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data	待加密数据
	 * @param key	密钥
	 * @return byte[]	加密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
		return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
	}
	
	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data	待加密数据
	 * @param key	二进制密钥
	 * @return byte[]	加密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
	}
	
	
	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data	待加密数据
	 * @param key	二进制密钥
	 * @param cipherAlgorithm	加密算法/工作模式/填充方式
	 * @return byte[]	加密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
		//还原密钥
		Key k = toKey(key);
		return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
	}
	
	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param data	待加密数据
	 * @param key	密钥
	 * @param cipherAlgorithm	加密算法/工作模式/填充方式
	 * @return byte[]	加密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
		//实例化
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
		//使用密钥初始化，设置为加密模式
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
		//执行操作
		return cipher.doFinal(data);
	}
	
	
	
	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data	待解密数据
	 * @param key	二进制密钥
	 * @return byte[]	解密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
		return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
	}
	
	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data	待解密数据
	 * @param key	密钥
	 * @return byte[]	解密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
		return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
	}
	
	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data	待解密数据
	 * @param key	二进制密钥
	 * @param cipherAlgorithm	加密算法/工作模式/填充方式
	 * @return byte[]	解密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
		//还原密钥
		Key k = toKey(key);
		return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
	}

	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param data	待解密数据
	 * @param key	密钥
	 * @param cipherAlgorithm	加密算法/工作模式/填充方式
	 * @return byte[]	解密数据
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
		//实例化
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
		//使用密钥初始化，设置为解密模式
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
		//执行操作
		return cipher.doFinal(data);
	}
	
	private static String  showByteArray(byte[] data){
		if(null == data){
			return null;
		}
		StringBuilder sb = new StringBuilder("{");
		for(byte b:data){
			sb.append(b).append(",");
		}
		sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
		sb.append("}");
		return sb.toString();
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		byte[] key = initSecretKey();
		System.out.println("key："+showByteArray(key));
		
		Key k = toKey(key);
		
		String data ="AES数据";
		System.out.println("加密前数据: string:"+data);
		System.out.println("加密前数据: byte[]:"+showByteArray(data.getBytes()));
		System.out.println();
		byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
		System.out.println("加密后数据: byte[]:"+showByteArray(encryptData));
		System.out.println("加密后数据: hexStr:"+ Hex.encodeHexStr(encryptData));
		System.out.println();
		byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
		System.out.println("解密后数据: byte[]:"+showByteArray(decryptData));
		System.out.println("解密后数据: string:"+new String(decryptData));
		
	}
}
控制台输出结果：
key：{83,-38,-9,117,13,91,-120,1,-29,92,84,103,-127,3,123,34}
加密前数据: string:AES数据
加密前数据: byte[]:{65,69,83,-26,-107,-80,-26,-115,-82}

加密后数据: byte[]:{-26,-37,-4,96,16,42,-50,-31,41,127,-4,107,102,-31,-2,106}
加密后数据: hexStr:e6dbfc60102acee1297ffc6b66e1fe6a

解密后数据: byte[]:{65,69,83,-26,-107,-80,-26,-115,-82}
解密后数据: string:AES数据

四、AES算法总结

1、看了半天，结合上次的DES以及DESede算法其实都是可以使用上述算法实现的，只不过我们换个算法的名称就行了。同时注意区分支持的工作模式和填充模式

2、我们可以参考AES算法的实现，完成RC2、RC4和Blowfish等算法的实现

3、那个无政策限制权限文件记得从以前的博文中找下，就是到美国的官方网站下载文件覆盖到本地的jdk对应文件夹就行了。算法涉及出口也得做限制，地方保护主义的国际体现

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