【Java】全网最详细的对称加密AES详解

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前言

  AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，用于加密电子数据。它是由比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen设计的，并于2001年由美国国家标准与技术研究院（NIST）采纳为官方标准。

一、AES加密原理

2、如何选择密钥长度

3、加密模式
  AES加密支持多种工作模式，每种模式都有其特定的应用场景和优势。以下是AES加密的一些常见模式

• 选择合适的模式
  选择哪种模式取决于你的具体需求：
  如果你关心的是加密速度并且数据块之间没有相关性，可以选择 ECB。
  如果你需要更高的安全性，并且数据块之间存在相关性，可以选择 CBC。
  如果你需要并行处理数据，可以选择 CTR。
  如果你需要处理连续的数据流，并且希望减少错误传播的影响，可以选择 OFB 或 CFB。
  在大多数情况下，CBC 和 CTR 是最常用的模式。如果你需要在性能和安全性之间取得平衡，CTR 模式通常是一个不错的选择，因为它既可以并行处理又提供了良好的安全性。
  
  
  
  
  
  

4、填充模式
  填充（Padding）模式用于处理不足一个完整分组大小的数据块。填充模式确保所有的数据块都是固定长度的，这样就可以正确地进行加密和解密。以下是几种常见的填充模式

• 选择合适的填充模式
  选择填充模式时，通常会考虑以下几个因素：
  安全性：PKCS5Padding 和 PKCS7Padding提供了更好的安全性，因为它们确保了填充字节的值是唯一的，并且可以通过检查填充字节来验证数据的完整性。
  兼容性：PKCS5Padding 和 PKCS7Padding 是最常用的标准，因此与其他系统或库的兼容性最好。
  性能：ZeroPadding 可能更快，因为它只需要填充零字节，但这可能会降低安全性。
  
  
  
  
• 注意：jdk自带的加密模块不支持PKCS7Padding 填充，如果需要PKCS7Padding 需要引入第三方支持*

二、使用案例

  下面例子将使用CBC模式和PKCS5Padding填充进行AES加密和解密，大家有需要可以直接复制到自己的项目当中使用

import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.SecureRandom; import java.util.Base64; / * AES加密解密工具类（目前AES比DES和DES3更安全，速度更快，对称加密一般采用AES） */ public class AESUtil { 
    private static final String KEY_ALGORITHM="AES"; / * * 参数按"加密算法/模式/填充模式" 。 * * (1)加密算法有：AES * * (2) 模式有CBC(有向量模式)和ECB(无向量模式)等，使用CBC模式需要定义一个IvParameterSpec对象，使用CBC模式更加安全，一般建议使用CBC模式 * * (3) 填充模式:NoPadding、PKCS5Padding、PKCS7Padding等 */ private static final String CIPHER_ALGORITHM="AES/CBC/PKCS5Padding"; / * 生成AES密钥 * @param keySize * @return * @throws NoSuchAlgorithmException * @throws UnsupportedEncodingException */ public static String generateKey(int keySize) throws NoSuchAlgorithmException, UnsupportedEncodingException { 
    KeyGenerator keyGenerator=KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM); keyGenerator.init(keySize,new SecureRandom()); SecretKey secretKey=keyGenerator.generateKey(); return new String(Base64.getEncoder().encode(secretKey.getEncoded()),"UTF-8"); } / * 使用AES加密数据 * @param data 加密数据 * @param key 密钥 * @param iv 初始化随机向量 * @return * @throws Exception */ public static String encrypt(String data, String key,String iv)throws Exception{ 
    //密钥base64解码 byte[] decode = Base64.getDecoder().decode(key); SecretKeySpec secretKeySpec=new SecretKeySpec(decode,KEY_ALGORITHM); byte[] ivBytes = Base64.getDecoder().decode(iv); IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(ivBytes); //根据参数获取加密实例 Cipher cipher=Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); //初始化对象为加密模式 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,secretKeySpec,ivSpec); //加密后的密文进行base64编码 return Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(data.getBytes())); } / * 使用AES解密密文 * @param encrypt 加密后的密文 * @param key 密钥 * @param iv 初始化随机向量 * @return * @throws Exception */ public static String decrypt(String encrypt,String key,String iv)throws Exception{ 
    //密钥base64解码 byte[] decode = Base64.getDecoder().decode(key); SecretKeySpec secretKeySpec=new SecretKeySpec(decode,KEY_ALGORITHM); Cipher cipher=Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); byte[] ivBytes = Base64.getDecoder().decode(iv); IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(ivBytes); //初始化对象为解密模式 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,secretKeySpec,ivSpec); byte[] dateBytes = Base64.getDecoder().decode(encrypt); //解密并转换为字符串 return new String(cipher.doFinal(dateBytes)); } public static void main(String[] args) throws Exception { 
    // 生成一个 16 字节的随机 IV byte[] ivBytes = new byte[16]; SecureRandom secureRandom = new SecureRandom(); secureRandom.nextBytes(ivBytes); String iv = new String(Base64.getEncoder().encode(ivBytes), "UTF-8"); System.out.println("iv:"+iv); String key = AESUtil.generateKey(128); String plainText ="Hello,world!"; System.out.println("加密前的数据：" + plainText); String encrypt = AESUtil.encrypt(plainText,key,iv); System.out.println("加密后的密文：" + new String(encrypt)); String decryptedText = AESUtil.decrypt(encrypt,key,iv); System.out.println("解密后的数据：" + decryptedText); } } 

• 如果您需要使用PKCS7Padding填充进行加密，可以在pom中引入如下依赖

<!-- 包含了基础的密码学功能，比如对称加密（如 AES）、非对称加密（如 RSA）、散列算法（如 SHA-256）以及数字签名等。它是实现加密、数字签名等基本密码学应用的基础 --> <dependency> <groupId>org.bouncycastle</groupId> <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId> <version>1.70</version> <!-- 检查最新的版本 --> </dependency> <!-- 包含了与 PKIX（Public Key Infrastructure X.509）相关的一系列功能，主要包括证书管理、证书验证、证书撤销列表（CRL）等功能。它提供了更高级的密码学服务，比如证书链验证、证书签发等--> <dependency> <groupId>org.bouncycastle</groupId> <artifactId>bcpkix-jdk15on</artifactId> <version>1.70</version> <!-- 检查最新的版本 --> </dependency> 

• 并且增加以下类启动后执行Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());来添加安全提供者，然后只需要将上例中的PKCS5Padding改成PKCS7Padding即可

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider; import org.springframework.boot.CommandLineRunner; import org.springframework.stereotype.Component; @Component public class SecurityProviderInitializer implements CommandLineRunner { 
    @Override public void run(String... args) throws Exception { 
    // 添加 Bouncy Castle 为首选的安全提供者 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); } } 

有关非对称加密RSA大家可以看我另一篇: 全网最详细的非对称加密RSA详解

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