JAVA實現AES加密、解密
一、什麼是AES？
高階加密標準（英語：Advanced Encryption Standard，縮寫：AES），是一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。
那麼為什麼原來的DES會被取代呢，，原因就在於其使用56位金鑰，比較容易被破解。而AES可以使用128、192、和256位金鑰，並且用128位分組加密和解密資料，相對來說安全很多。完善的加密演算法在理論上是無法破解的，除非使用窮盡法。使用窮盡法破解金鑰長度在128位以上的加密資料是不現實的，僅存在理論上的可能性。統計顯示，即使使用目前世界上運算速度最快的計算機，窮盡128位金鑰也要花上幾十億年的時間，更不用說去破解採用256位金鑰長度的AES演算法了。
目前世界上還有組織在研究如何攻破AES這堵堅厚的牆，但是因為破解時間太長，AES得到保障，但是所用的時間不斷縮小。隨著計算機計算速度的增快，新演算法的出現，AES遭到的攻擊只會越來越猛烈，不會停止的。
AES現在廣泛用於金融財務、線上交易、無線通訊、數字儲存等領域，經受了最嚴格的考驗，但說不定哪天就會步DES的後塵。
二、AES加密方式簡析
* AES加密是對稱加密 128 192 256 分別表示金鑰的長度
* AES的加密方式會將明文拆分成不同的塊進行加密，例如一個256 位的資料用128的金鑰加密，則分成
明文1（128位） 明文2（128位）
加密
密文1（128位） 密文2（128位）
填充：
如果明文不是128位（16位元組）的則需要填充，即在明文某個地方補充到16個位元組整數倍的長度，加解密時需要採用同樣的填充方式，否則無法解密成功，以下是幾種填充方式
** NoPadding
不進行填充，但是這裡要求明文必須要是16個位元組的整數倍，這個可以使用者本身自己去實現填充，除了該種模式以外的其他填充模式，如果已經是16個位元組的資料的話，會再填充一個16位元組的資料
** PKCS5Padding（預設）
在明文的末尾進行填充，填充的資料是當前和16個位元組相差的數量，例如：
未填充明文
1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11
填充明文（缺少五個滿足16個位元組）
由於使用PKCS7Padding/PKCS5Padding填充時，最後一個位元組肯定為填充資料的長度，所以在解密後可以準確刪除填充的資料
** ISO10126Padding
在明文的末尾進行填充，當前和16個位元組相差的數量填寫在最後，其餘位元組填充隨機數，例如：
未填充明文
1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11
填充明文（缺少五個滿足16個位元組）
1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，c，b，4，1，5
模式
模式是需要制定AES對明文進行加密時使用的模式（這裡並不涉及具體的加密方法，只是加密步驟上的不同模式，在加解密時同樣需要相同的模式，否則無法成功），一共提供了五種模式，模式的基本原理是近似的，但是細節上會有一些變化，如下：
** ECB模式（預設）電碼本模式 Electronic Codebook Book
這個模式是預設的，就只是根據金鑰的位數，將資料分成不同的塊進行加密，加密完成後，再將加密後的資料拼接起來，過程如下：
明文（64位元組） 金鑰（16位元組）
明文1（16位元組） 明文2（16位元組） 明文3（16位元組） 明文4（16位元組）
密文1（16位元組） 密文2（16位元組） 密文3（16位元組） 密文4（16位元組）
密文（64位元組）
優點：簡單、速度快、可並行
缺點：如果明文塊相同，則生成的密文塊也相同，這樣會導致安全性降低
** CBC模式 密碼分組連結模式 Cipher Block Chaining
為了解決ECB模式的密文塊相同的缺點，CBC的模式引入了一個初始向量概念，該向量必須是一個與金鑰長度相等的資料，在第一次加密前，會使用初始化向量與第一塊資料做異或運算，生成的新資料再進行加密，加密第二塊之前，會拿第一塊的密文資料與第二塊明文進行異或運算後再進行加密，以此類推，解密時也是在解密後，進行異或運算，生成最終的明文。過程如下：
明文（63位元組） 金鑰 （16位元組） 初始向量iv（16位元組）
明文1（16位元組） 明文2（16位元組） 明文3（16位元組） 明文4+一個0（16位元組）
異或 +初始向量 +密文1 +密文2 +密文3
密文1（16位元組） 密文2（16位元組） 密文3（16位元組） 密文4（16位元組）
密文（64位元組）
這裡需要注意如下幾點：
1.向量必須是一個與金鑰長度相等的資料
2.由於在加密前和解密後都會做異或運算，因此我們的明文可以不用補全，不是16個位元組的倍數也可以，CBC中會自動用0補全進行異或運算
3.在解密時是解密後才會再做異或運算，保證資料解密成功
4.由於自動進行了補全，所以解密出的資料也會在後面補全0，因此獲取到資料時，需要將末尾的0去除，或者根據源資料長度來擷取解密後的資料
優點：每次加密金鑰不同，加強了安全性
CBC的方式解決了EBC的缺點，但是也有其缺點：
1.加密無法並行運算，但是解密可以並行，必須在前一個塊加密完成後，才能加密後塊，並且也需要填充0在後面，所以並不適合流資料（不適合的原因可能是，需要滿足128位的資料之後才能進行加密，這樣後面才不會有0的補全）
2.如果前一個數據加密錯誤，那麼後續的資料都是錯的了
3.兩端需要同時約定初始向量iv
** CFB模式： 密碼反饋模式 Cipher FeedBack
這個模式只使用了加密方法，原理是用到了一個數值異或運算之後再進行一次異或運算，值不改變的原理。並且在加密的時候，如果資料並不滿足一個金鑰的位元組，那麼只做儲存，待滿足一個金鑰的位元組後再進行加密 過程如下：
加密：
明文（260個位元組） iv（128個位元組）
明文1（128個位元組） 明文2（128個位元組） 明文3（4個位元組）
（iv+key）異或 明文1 （密文1+key）異或 明文1 （密文1+key）異或明文3
密文1（128個位元組） 密文2（128個位元組） 密文3（4個位元組）
解密：
密文（260個位元組） iv（128個位元組）金鑰（128位元組）
密文1（128個位元組） 密文2（128個位元組） 密文3（4個位元組）
（iv+key）異或密文1 （密文1+key）異或密文2 （密文1+key）異或密文3
明文1 （128個位元組） 明文2 （128個位元組） 明文3（4個位元組）
這裡需要注意如下幾點：
1.加解密時會返回一個num，這個num表示還需要幾個數字，才會使用上一個密文加密，否則一直使用上上一個
2.加解密時也需要傳入字串的長度
3.由於解密時使用的都是密文來進行解密，並沒有使用上一次解密的明文，因此解密也可以並行
4.由於CFB模式並不需要補全，或者一個完整的128位元組才能加解密，綜合第三點，所以適合流資料的傳輸。
5.CFB模式不止有CFB128（即與金鑰長度一致），還有CFB1 和CFB8 即加解密1或8位後，再呼叫一次加密器生成新的值，這樣可以使加密更安全，但是就會處理更多的運算，CFB1的運算時間是CFB8的八倍 CFB128的128倍
6.使用CFB128或者CFB8的時候傳入的length單位是位元組，CFB1是length的單位是位。
7.使用CFB1和CFB8的時候，num值會始終為0
優點:解密可同步，可以傳入非16位元組倍數的資料，適合流資料
CFB模式當然也有一個缺點，解密的時候可以並行解密，但是加密的時候並不可以並行加密。並且也需要選擇iv
** OFB模式： 輸出反饋模式 Output FeedBack
該模式與CFB類似，但是是將iv或者上一個iv加密後的資料加密，生成的key與明文做異或運算，解密時採用的是同樣的方法，利用了異或運算的對稱性來進行加解密，除了這一點，其餘與CFB一致
加密/解密：
CFB:
（iv+key）異或 明文1 （密文1+key）異或 明文1 （密文1+key）異或明文3
OFB
（iv+key)異或明文1 （（iv+key）+key)異或明文1 （（（iv+key）+key）+key）異或明文3
優點：與CFB一樣，方便傳輸流資料
缺點：由於依賴上一次的加密結果，所以並不能並行處理，特性是解密步驟完全一致，因此使用方法上不會有區別。
** CTR模式： 計算器模式 Counter
OFB不能並行的原因就在於需要上一次的iv進行加密後的結果，因此在CTR中我們將（iv+key）+key替換成了（iv+1）+key,這樣我們就不需要依賴上一次的加密結果了。對比如下:
OFB
（iv+key)異或明文1 （（iv+key）+key)異或明文1 （（（iv+key）+key）+key）異或明文3
CTR
（iv+key)異或明文1 （（iv+1）+key)異或明文1 （（（iv+1）+1）+key）異或明文3
優點：由於加解密可以並行，因此CTR模式的加解密速度也很快
缺點：iv+1的獲取比較負責，需要獲取瞬時iv
三、提供兩個示例
1、java mysql 通用aes加密演算法
通用的aes加密，使用場景，插入資料時，使用java進行加密資料，查詢時，通過sql進行解密，不用取出再遍歷解密
注：to_base64只適用mysql5.6之後的，之前的沒有這個函式，不適用，可以使用HEX，UNHEX ，當然java要用對應的方法解密
import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import sun.misc.BASE64Decoder; import sun.misc.BASE64Encoder; /** * java使用AES加密解密 AES-128-ECB加密 * 與mysql資料庫aes加密演算法通用 * 資料庫aes加密解密 * -- 加密 * SELECT to_base64(AES_ENCRYPT('www.gowhere.so','jkl;POIU1234++==')); * -- 解密 * SELECT AES_DECRYPT(from_base64('Oa1NPBSarXrPH8wqSRhh3g=='),'jkl;POIU1234++=='); * @author 836508 * */ public class MyAESUtil { // 加密 public static String Encrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception { if (sKey == null) { System.out.print("Key為空null"); return null; } // 判斷Key是否為16位 if (sKey.length() != 16) { System.out.print("Key長度不是16位"); return null; } byte[] raw = sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//"演算法/模式/補碼方式" cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec); byte[] encrypted = cipher.doFinal(sSrc.getBytes("utf-8")); return new BASE64Encoder().encode(encrypted);//此處使用BASE64做轉碼功能，同時能起到2次加密的作用。 } // 解密 public static String Decrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception { try { // 判斷Key是否正確 if (sKey == null) { System.out.print("Key為空null"); return null; } // 判斷Key是否為16位 if (sKey.length() != 16) { System.out.print("Key長度不是16位"); return null; } byte[] raw = sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES"); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec); byte[] encrypted1 = new BASE64Decoder().decodeBuffer(sSrc);//先用base64解密 try { byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1); String originalString = new String(original,"utf-8"); return originalString; } catch (Exception e) { System.out.println(e.toString()); return null; } } catch (Exception ex) { System.out.println(ex.toString()); return null; } } public static void main(String[] args) throws Exception { /* * 此處使用AES-128-ECB加密模式，key需要為16位。 */ String cKey = "jkl;POIU1234++=="; // 需要加密的字串 String cSrc = "www.gowhere.so"; System.out.println(cSrc); // 加密 String enString = MyAESUtil.Encrypt(cSrc, cKey); System.out.println("加密後的字串是：" + enString); // 解密 String DeString = MyAESUtil.Decrypt(enString, cKey); System.out.println("解密後的字串是：" + DeString); } }
2、javaAES-128-CBC加密模式
package com.zhongzhi.utils; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import org.apache.commons.codec.binary.Base64; /** * @Classname ZzSecurityHelper * @Description TODO * @Date 2019/6/24 16:50 * @Created by whd */ public class ZzSecurityHelper { /* * 加密用的Key 可以用26個字母和數字組成 使用AES-128-CBC加密模式，key需要為16位。 */ private static final String key="hj7x89H$yuBI0456"; private static final String iv ="NIfb&95GUY86Gfgh"; /** * @author miracle.qu * @Description AES演算法加密明文 * @param data 明文 * @param key 金鑰，長度16 * @param iv 偏移量，長度16 * @return 密文 */ public static String encryptAES(String data) throws Exception { try { Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); int blockSize = cipher.getBlockSize(); byte[] dataBytes = data.getBytes(); int plaintextLength = dataBytes.length; if (plaintextLength % blockSize != 0) { plaintextLength = plaintextLength + (blockSize - (plaintextLength % blockSize)); } byte[] plaintext = new byte[plaintextLength]; System.arraycopy(dataBytes, 0, plaintext, 0, dataBytes.length); SecretKeySpec keyspec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES"); IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(iv.getBytes()); // CBC模式，需要一個向量iv，可增加加密演算法的強度 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyspec, ivspec); byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext); return ZzSecurityHelper.encode(encrypted).trim(); // BASE64做轉碼。 } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * @author miracle.qu * @Description AES演算法解密密文 * @param data 密文 * @param key 金鑰，長度16 * @param iv 偏移量，長度16 * @return 明文 */ public static String decryptAES(String data) throws Exception { try { byte[] encrypted1 = ZzSecurityHelper.decode(data);//先用base64解密 Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); SecretKeySpec keyspec = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES"); IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(iv.getBytes()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyspec, ivspec); byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1); String originalString = new String(original); return originalString.trim(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } /** * 編碼 * @param byteArray * @return */ public static String encode(byte[] byteArray) { return new String(new Base64().encode(byteArray)); } /** * 解碼 * @param base64EncodedString * @return */ public static byte[] decode(String base64EncodedString) { return new Base64().decode(base64EncodedString); } }
參考文章：
https://blog.csdn.net/DamonREN/article/details/87601165
https://blog.csdn.net/xy371661665/article/details/86423762