思维导图
一、AES加解密
1.概述
1.1 概念
AES： 高级加密标准（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密的区块加密标准。
（1）替代DES的新一代分组加密算法
（2）支持三种长度密钥：128、192、256位
1.2 加解密过程
分组加密、分组解密
1.2.1 分组加解密
将待加解密的内容按照128位分组，将密钥按照128位、192位、256位分组，分别将分组后的明文与相应分组后的密钥加解密。
（1）明文与密钥分组
-
明文分组
每组长度相等，都是128位（16字节） -
密钥分组
有128位、192位、256位，推荐加密轮数分别为 10、12、14
（2）密钥组处理
以每组128位为例：
- 推荐加密轮数为10，前9次执行操作一样，第10次有所不同
（3）加密
- 明文与密钥分组后，对每组如下操作：
明文组与密钥组处理 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->
密文组
（4）解密
- 对每组如下操作：
密文组 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->
明文组
1.2.2 4种操作
（1）AddRoundKey （轮密钥加）
-
矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（Round Key）做XOR运算
-
每个子密钥由密钥生成方案产生
（2）SubBytes（字节替代）
- 通过非线性的替代函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
（3）ShiftRows（行移位）
- 将矩阵中的每个横列进行循环式移位
（4）MixColumns （列混淆）
-
为了充分混合矩阵中各个直行
-
使用线性转换来混合每列的4个字节
1.2.2 明文填充模式
（1）为什么要填充？
如一段明文长度是192位，如果按每128位拆，第二个明文块只有64位，不足128位，就需要对明文块进行填充
（2）分类
-
NoPadding
不做任何填充，但是要求明文必须是16字节（128bit）的整数倍。 -
PKCS5Padding（默认）
如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。
且每个字节的值等于缺少的字符数。
如：明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}
- ISO10126Padding
如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。
最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。
如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}
1.3 Java实现
注意： AES加密包含Base64加密
加密： AES加密 -> Base64加密 -> 密文
解密： Base64解密 -> AES解密 -> 明文
测试地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes
1.3.1 Java代码
import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Base64Utils;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
/**
* AES加密工具类
* @author kevin
*/
public class AESUtil {
/**
* 日志相关
*/
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AESUtil.class);
/**
* 编码
*/
private static final String ENCODING = "UTF-8";
/**
* 算法定义
*/
private static final String AES_ALGORITHM = "AES";
/**
* 指定填充方式
*/
private static final String CIPHER_PADDING = "AES/ECB/PKCS5Padding";
private static final String CIPHER_CBC_PADDING = "AES/CBC/PKCS5Padding";
/**
* 偏移量(CBC中使用，增强加密算法强度)
*/
private static final String IV_SEED = "1234567812345678";
private static final String AES_KEY = "equ6drp6nrwmgf1t";
/**
* AES加密
* @param content 待加密内容
*/
public static String encrypt(String content){
if(StringUtils.isBlank(content)){
LOGGER.info("AES encrypt: the content is null!");
return null;
}
//判断秘钥是否为16位
if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
try {
//对密码进行编码
byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
//设置加密算法，生成秘钥
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
// "算法/模式/补码方式"
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);
//选择加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec);
//根据待加密内容生成字节数组
byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));
//返回base64字符串
return Base64Utils.encodeToString(encrypted);
} catch (Exception e) {
LOGGER.info("AES encrypt exception:" + e.getMessage());
throw new RuntimeException(e);
}
}else {
LOGGER.info("AES encrypt: the AES_KEY is null or error!");
return null;
}
}
/**
* 解密
* @param content 待解密内容
*/
public static String decrypt(String content){
if(StringUtils.isBlank(content)){
LOGGER.info("AES decrypt: the content is null!");
return null;
}
//判断秘钥是否为16位
if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
try {
//对密码进行编码
byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
//设置解密算法，生成秘钥
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
// "算法/模式/补码方式"
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);
//选择解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec);
//先进行Base64解码
byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);
//根据待解密内容进行解密
byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);
//将字节数组转成字符串
return new String(decrypted, ENCODING);
} catch (Exception e) {
LOGGER.info("AES decrypt exception:" + e.getMessage());
throw new RuntimeException(e);
}
}else {
LOGGER.info("AES decrypt: the AES_KEY is null or error!");
return null;
}
}
/**
* AES_CBC加密
* @param content 待加密内容
*/
public static String encryptCBC(String content){
if(StringUtils.isBlank(content)){
LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the content is null!");
return null;
}
//判断秘钥是否为16位
if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
try {
//对密码进行编码
byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
//设置加密算法，生成秘钥
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
// "算法/模式/补码方式"
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);
//偏移
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));
//选择加密
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, iv);
//根据待加密内容生成字节数组
byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));
//返回base64字符串
return Base64Utils.encodeToString(encrypted);
} catch (Exception e) {
LOGGER.info("AES_CBC encrypt exception:" + e.getMessage());
throw new RuntimeException(e);
}
}else {
LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the AES_KEY is null or error!");
return null;
}
}
/**
* AES_CBC解密
* @param content 待解密内容
*/
public static String decryptCBC(String content){
if(StringUtils.isBlank(content)){
LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the content is null!");
return null;
}
//判断秘钥是否为16位
if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
try {
//对密码进行编码
byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
//设置解密算法，生成秘钥
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
//偏移
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));
// "算法/模式/补码方式"
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);
//选择解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, iv);
//先进行Base64解码
byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);
//根据待解密内容进行解密
byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);
//将字节数组转成字符串
return new String(decrypted, ENCODING);
} catch (Exception e) {
LOGGER.info("AES_CBC decrypt exception:" + e.getMessage());
throw new RuntimeException(e);
}
}else {
LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the AES_KEY is null or error!");
return null;
}
}
/**
* 获取随机AES密钥
*/
private static String getAESKey(){
return RandomStringUtils.random(16, "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890");
}
public static void main(String[] args) {
// AES支持三种长度的密钥：128位、192位、256位。
// 代码中这种就是128位的加密密钥，16字节 * 8位/字节 = 128位。
String aesResult = encrypt("测试AES加密");
System.out.println("AES加密结果:" + aesResult);
System.out.println();
System.out.println("---------解密---------");
String decrypt = decrypt(aesResult);
System.out.println("AES解密结果:" + decrypt);
System.out.println();
System.out.println("--------AES_CBC加密解密---------");
String cbcResult = encryptCBC("测试AESCBC加密");
System.out.println("AES_CBC加密结果:" + cbcResult);
System.out.println();
System.out.println("---------AES_CBC解密---------");
String cbcDecrypt = decryptCBC(cbcResult);
System.out.println("AES_CBC解密结果:" + cbcDecrypt);
System.out.println();
}
}
1.3.2 执行结果
AES加密结果:CSx/Cg6F7paoo9J7AujBYg==
---------解密---------
AES解密结果:测试AES加密
--------AES_CBC加密解密---------
AES_CBC加密结果:hmlwSKLW91JhGMqEFozBLzidi6YRVjei0Hw1QkW07ac=
---------AES_CBC解密---------
AES_CBC解密结果:测试AESCBC加密
1.3.3线上验证
验证地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes
另附安卓代码实现，如下：
AES加密(二) — Aes256带偏移量加/解密
下一篇跳转–信息安全（一）
本篇文章主要参考链接如下：
参考链接1-Java实现加密（一）AES加解密
持续更新中…
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