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Java 加密解密之对称加密算法AES

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Java 加密解密之对称加密算法AES

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Java 加密解密之对称加密算法AES

 

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。经过五年的甄选流程,高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 (NIST)于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197,并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年,高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计,结合两位作者的名字,以Rijndael之命名之,投稿高级加密标准的甄选流程。(Rijdael的发音近于 "Rhinedoll"。)

 

AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。

AES的基本要求是,采用对称分组密码体制,密钥长度的最少支持为128、192、256,分组长度128位,算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮分析、测试和征集,共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一种密码算法RIJNDAEL 作为 AES.   在应用方面,尽管DES在安全上是脆弱的,但由于快速DES芯片的大量生产,使得DES仍能暂时继续使用,为提高安全强度,通常使用独立密钥的三级DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全,但未被列入下一代加密标准。   

AES加密数据块和密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个。

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。

 

JDK对DESede算法的支持

密钥长度:128位
工作模式:ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128
填充方式:Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
 

工作模式和填充方式请参考:      JAVA加密解密基础

十六进制工具类Hex.java,见:   java byte数组与十六进制字符串互转

AES加密解密的java实现:
AESCoder.java

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 Coder<br/>
 * secret key length:	128bit, default:	128 bit<br/>
 * mode:	ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
 * padding:	Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
 * @author Aub
 * 
 */
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));
		
	}
}

  参考《java加密与解密的艺术》

 

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评论
5 楼 冲杯茶喝 2014-01-20  
aubdiy 写道
冲杯茶喝 写道
//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); 
Cipher对象可否复用??

我之前测试时 是可以服用的 建议你再测测


复用我测试过可以,但是不是线程安全的呢
4 楼 aubdiy 2014-01-16  
冲杯茶喝 写道
//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); 
Cipher对象可否复用??

我之前测试时 是可以服用的 建议你再测测
3 楼 冲杯茶喝 2014-01-16  
//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); 
Cipher对象可否复用??
2 楼 aubdiy 2012-11-10  
pandonix 写道
java是不是原生并不支持pkcs7?
Exception in thread "main" java.security.NoSuchAlgorithmException: Cannot find any provider supporting AES/CBC/PKCS7Padding

对,java原生的jdk中目前还不支持pkcs7,你可以使用第三方的实现
1 楼 pandonix 2012-11-09  
java是不是原生并不支持pkcs7?
Exception in thread "main" java.security.NoSuchAlgorithmException: Cannot find any provider supporting AES/CBC/PKCS7Padding

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