第八章 对称加密算法--AES
注意：本节内容主要参考自《Java加密与解密的艺术（第2版）》第7章“初等加密算法--对称加密算法”
8.1、AES
特点：
- 密钥建立时间短、灵敏性好、内存需求低（不管怎样，反正就是好）
- 最常用的对称加密算法
8.2、实现方式
- JDK（密钥长度有128,192,256三种选法，提供PKCS5Padding的填充模式）
- Bouncy Castle（密钥长度有128,192,256三种选法，提供PKCS7Padding的填充模式）
8.2.1、基于JDK或BC的AES实现（工作模式为ECB）
package com.util.aes;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.Security;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
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.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
/**
* 基于JDK或BC的AES算法，工作模式采用ECB
*/
public class AESJDK {
private static final String ENCODING = "UTF-8";
private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";//产生密钥的算法
private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";//加解密算法 格式：算法/工作模式/填充模式 注意：ECB不使用IV参数
/**
* 产生密钥
*/
public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException{
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());//在BC中用，JDK下去除
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
keyGenerator.init(256);//初始化密钥长度,128,192,256（选用192和256的时候需要配置无政策限制权限文件--JDK6）
SecretKey key =keyGenerator.generateKey();//产生密钥
return key.getEncoded();
}
/**
* 还原密钥：二进制字节数组转换为Java对象
*/
public static Key toKey(byte[] keyByte){
return new SecretKeySpec(keyByte, KEY_ALGORITHM);
}
/**
* AES加密
* @param data 带加密数据
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException{
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
//Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);//JDK下用
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");//BC下用
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);//设置加密模式并且初始化key
return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
}
/**
* AES加密，并转为16进制字符串或Base64编码字符串
*/
public static String encryptAESHex(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
byte[] encodedByte = encrypt(data, keyByte);
//return new String(Hex.encode(encodedByte));//借助BC
//return new String(org.apache.commons.codec.binary.Hex.encodeHexString(encodedByte));//借助CC
return Base64.encodeBase64String(encodedByte);//借助CC的Base64编码
}
/**
* AES解密
* @param data 待解密数据为字节数组
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");//BC下用
//Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);//JDK下用
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* AES解密
* @param data 待解密数据为字符串
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] decrypt(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
//Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);//JDK下用
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");//BC下用
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
return cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(data));//注意data不可以直接采用data.getByte()方法转化为字节数组，否则会抛异常
}
/**
* 测试
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeyException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
/*************测试encrypt()、decrypt()**************/
System.out.println("原文-->"+data);
byte[] keyByte = AESJDK.getKey();
System.out.println("密钥-->"+Base64.encodeBase64String(keyByte));//这里将二进制的密钥使用base64加密保存，这也是在实际中使用的方式
byte[] encodedByte = AESJDK.encrypt(data, keyByte);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
byte[] encodedByte2 = AESJDK.encrypt(data, keyByte);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
byte[] decodedByte = AESJDK.decrypt(encodedByte, keyByte);
System.out.println("解密后-->"+decodedByte);
for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
}
/*************测试encryptAESHex()、decrypt()**************/
System.out.println("原文-->"+data);
byte[] keyByte3 = AESJDK.getKey();
System.out.println("密钥-->"+Base64.encodeBase64String(keyByte3));//这里将二进制的密钥使用base64加密保存，这也是在实际中使用的方式
String encodedStr = AESJDK.encryptAESHex(data, keyByte3);
System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
String encodedByte4 = AESJDK.encryptAESHex(data, keyByte3);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte4);
byte[] decodedByte3 = AESJDK.decrypt(Base64.decodeBase64(encodedStr), keyByte3);
System.out.println("解密Byte[]后-->"+decodedByte3);
byte[] decodedByte4 = AESJDK.decrypt(encodedStr, keyByte3);
System.out.println("解密String后-->"+decodedByte4);
}
}
注意点：
- 本文JDK版本采用的是1.6（也是当下企业常用的版本）
- 基于JDK或是基于BC去实现查看代码中注释即可
- 想使用BC下，需要在生成密钥的地方加上Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());（这与书中不同，可能JDK7不需要加）
- 密钥初始化长度可以为128,192,256，其中在选用192和256的时候需要配置无政策限制权限文件，具体方法文末会讲。（这与书中不同，可能JDK7下192不需要配置那个文件）
这个类具体在实际中使用的方式见"Java企业项目开发实践"《第六章 企业项目开发--cookie》，具体链接如下：
http://www.cnblogs.com/java-zhao/p/5128393.html
8.2.2、基于BC的AES实现（工作模式为CTR）（这个类在我后边的使用中有点问题，以后有时间再来解决，如果要用AES算法的话，用上边那种就好）
package com.util.aes;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.Security;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
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.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
/**
* 基于BC的AES算法，工作模式采用CTR
*/
public class AESBC {
private static final String ENCODING = "UTF-8";
private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";//产生密钥的算法
private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/CTR/PKCS7Padding";//加解密算法 格式：算法/工作模式/填充模式 注意：ECB不使用IV参数，CTR使用
private static final byte[] IV = "zhaojigangzhaoji".getBytes();//注意：这里需要是十六个字符,用于CTR
/**
* 产生密钥
*/
public static byte[] getKey() throws NoSuchAlgorithmException{
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());//加入BCProvider
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
keyGenerator.init(256);//初始化密钥长度,128,192,256（选用192和256的时候需要配置无政策限制权限文件--JDK6）
SecretKey key =keyGenerator.generateKey();//产生密钥
return key.getEncoded();
}
/**
* 还原密钥：二进制字节数组转换为Java对象
*/
public static Key toKey(byte[] keyByte){
return new SecretKeySpec(keyByte, KEY_ALGORITHM);
}
/**
* AES加密
* @param data 带加密数据
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] encrypt(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException{
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");//使用BC
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(IV));//设置加密模式并且初始化key,加入IV用于BC下的CTR
return cipher.doFinal(data.getBytes(ENCODING));
}
/**
* AES加密，并转为16进制字符串或Base64编码字符串
*/
public static String encryptAESHex(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
byte[] encodedByte = encrypt(data, keyByte);
//return new String(Hex.encode(encodedByte));//借助BC
//return new String(org.apache.commons.codec.binary.Hex.encodeHexString(encodedByte));//借助CC
return Base64.encodeBase64String(encodedByte);//借助CC的Base64编码
}
/**
* AES解密
* @param data 待解密数据为字节数组
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(IV));//设置加密模式并且初始化key,加入IV用于BC下的CTR
return cipher.doFinal(data);
}
/**
* AES解密
* @param data 待解密数据为字符串
* @param keyByte 密钥
*/
public static byte[] decrypt(String data, byte[] keyByte) throws InvalidKeyException,
NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
Key key = toKey(keyByte);//还原密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM,"BC");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(IV));//设置加密模式并且初始化key,加入IV用于BC下的CTR
return cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(data));
}
/**
* 测试
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException,
InvalidKeyException,
InvalidKeySpecException,
NoSuchPaddingException,
IllegalBlockSizeException,
BadPaddingException,
UnsupportedEncodingException,
NoSuchProviderException,
InvalidAlgorithmParameterException {
String data = "找一个好姑娘做老婆是我的梦 想!";
/*************测试encrypt()、decrypt()**************/
System.out.println("原文-->"+data);
byte[] keyByte = AESBC.getKey();
System.out.println("密钥-->"+Base64.encodeBase64String(keyByte));//这里将二进制的密钥使用base64加密保存，这也是在实际中使用的方式
byte[] encodedByte = AESBC.encrypt(data, keyByte);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte);
byte[] encodedByte2 = AESBC.encrypt(data, keyByte);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte2);
byte[] decodedByte = AESBC.decrypt(encodedByte, keyByte);
System.out.println("解密后-->"+decodedByte);
for(int i=0;i<encodedByte.length;i++){
System.out.println(encodedByte[i]==encodedByte2[i]);
}
/*************测试encryptAESHex()、decrypt()**************/
System.out.println("原文-->"+data);
byte[] keyByte3 = AESBC.getKey();
System.out.println("密钥-->"+Base64.encodeBase64String(keyByte3));//这里将二进制的密钥使用base64加密保存，这也是在实际中使用的方式
String encodedStr = AESBC.encryptAESHex(data, keyByte3);
System.out.println("加密后-->"+encodedStr);
String encodedByte4 = AESBC.encryptAESHex(data, keyByte3);
System.out.println("加密后-->"+encodedByte4);
byte[] decodedByte3 = AESBC.decrypt(Base64.decodeBase64(encodedStr), keyByte3);
System.out.println("解密Byte[]后-->"+decodedByte3);
byte[] decodedByte4 = AESBC.decrypt(encodedStr, keyByte3);
System.out.println("解密String后-->"+decodedByte4);
}
}
注意点：
- CTR是AES最常使用的工作模式
- 在CTR模式下需要加入IV参数（必须是一个16位的自己数组，例如：byte[] IV = "zhaojigangzhaoji".getBytes()），这是ECB模式所不需要的。
- IV参数用于cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(IV))
附：无政策限制权限文件配置方法：
第一步：下载配置文件压缩包
http://download.csdn.net/download/rzg813/8069407
第二步：用压缩包中下边选中的文件去覆盖%JAVA_HOME%\jre\lib\security和%JRE_HOME%\lib\security下相应的包即可。
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