Java中AES加解密

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Java SDK 对 AES 的实现

AES 是 Advanced Encryption Standard 的缩写，也就是 高级加密标准 。具体可以见：高级加密标准。本文主要讨论使用 Java SDK中对 AES 的实现。

从 JDK 的 Cipher 文档 中，知道它支持 4 种 AES 加密模式：

  • AES/CBC/NoPadding (128)
  • AES/CBC/PKCS5Padding (128)
  • AES/ECB/NoPadding (128)
  • AES/ECB/PKCS5Padding (128)

AES 是一种加解密算法，那么 CBC, ECB, NoPadding 和 PKCS5Padding 是什么呢？

CBC, CBC 是分组密码工作模式，是对于按块处理密码的加密方式的一种扩充。NoPadding, PKCS5Padding 是填充(Padding)，是对需要按块处理的数据，当数据长度不符合块处理需求时，按照一定方法填充满块长的一种规则。

关于分组密码工作模式，可以参考： 分组密码工作模式 和 AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）
关于填充，可以参考：Padding (cryptography)

参考，JAVA AES算法 知道（以下部分的内容为该文章里的内容）：

  • (1)缺省模式和填充为“AES/ECB/PKCS5Padding”，Cipher.getInstance(“AES”)与Cipher.getInstance(“AES/ECB/PKCS5Padding”)等效。
  • (2)JDK的PKCS5Padding实际是上述的PKCS7的实现。
  • (3)由于AES是按照16Byte为块进行处理，对于NoPadding而言，如果需要加密的原文长度不是16Byte的倍数，将无法处理抛出异常，其实是由用户自己选择Padding的算法。密文则必然是16Byte的倍数，否则密文肯定异常。
  • (4)如果加密为PKCS5Padding，解密可以选择NoPadding，也能解密成功，内容为原文加上PKCS5Padding之后的结果。
  • (5)如果原文最后一个字符为>=0x00&&<=0x10的内容，PKCS5Padding的解密将会出现异常，要么是符合PKCS5Padding，最后的内容被删除，要么不符合，则解密失败抛出异常。对此有两种思路，一是原文通过Base64编码为可见字符，二是原文自带长度使用NoPadding解密。

代码实现

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import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;
public class AesUtil {
    /**
     * AES/CBC/PKCS5Padding加密，然后进行base64加密
     *
     * @param plainText
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String encryptBase64AESCBC(String plainText, String key) throws Exception {
        byte[] clean = plainText.getBytes();
        //Cipher
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        // Generating IV.
        int ivSize = cipher.getBlockSize();
        byte[] iv = new byte[ivSize];
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        random.nextBytes(iv);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);
        // Encrypt.
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes("UTF-8"), "AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
        byte[] encrypted = cipher.doFinal(clean);
        // Combine IV and encrypted part.
        byte[] encryptedIVAndText = new byte[ivSize + encrypted.length];
        System.arraycopy(iv, 0, encryptedIVAndText, 0, ivSize);
        System.arraycopy(encrypted, 0, encryptedIVAndText, ivSize, encrypted.length);
        return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedIVAndText);
    }
    /**
     * base64解密后再进行AES/CBC/PKCS5Padding解密
     *
     * @param encryptedIvText
     * @param key
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String decryptBase64AESCBC(String encryptedIvText, String key) throws Exception {
        byte[] encryptedIvTextBytes = Base64.getDecoder().decode(encryptedIvText);
        //Cipher
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        // Extract IV.
        int ivSize = cipher.getBlockSize();
        byte[] iv = new byte[ivSize];
        System.arraycopy(encryptedIvTextBytes, 0, iv, 0, iv.length);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);
        // Extract encrypted part.
        int encryptedSize = encryptedIvTextBytes.length - ivSize;
        byte[] encryptedBytes = new byte[encryptedSize];
        System.arraycopy(encryptedIvTextBytes, ivSize, encryptedBytes, 0, encryptedSize);
        // Decrypt.
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes("UTF-8"), "AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
        byte[] original = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        String originalString = new String(original);
        return originalString;
    }
}

以上代码中 iv的长度为 cipher.getBlockSize()，然后将 iv 放在加密文本的前部分。解密的时候一样先获得 iv，再进行加密内容的解密。