我花一晚上给学弟讲解了Java的AES加解密

摘要：
  AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一种密码算法RIJNDAEL 作为 AES。在应用方面，尽管DES在安全上是脆弱的，但由于快速DES芯片的大量生产，使得DES仍能暂时继续使用，为提高安全强度，通常使用独立密钥的三级DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全，但未被列入下一代加密标准。

  AES加密数据块和密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个。

AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：
1、密钥扩展（KeyExpansion），
2、初始轮（Initial Round），
3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，
4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

  AES是一种对称的加密算法，可基于相同的密钥进行加密和解密。Java采用AES算法进行加解密的逻辑大致如下：
1、生成/获取密钥
2、加/解密

示例代码：

package com.gx.util;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class AESEncryptionUtil {
	// 偏移量（可自定义）
	public static final String VIPARA = "L+\\\\~f4,Ir)b$=pkf"; // AES 为16bytes. DES 为8bytes
	// 编码方式
	public static final String CODE_TYPE = "UTF-8";
	// 填充类型
	public static final String AES_TYPE = "AES/ECB/PKCS5Padding";
	// 私钥（可自定义）
	private static final String AES_KEY = ")O[NB]6,YF}+efcaj{+oESb9d8>Z'e9M";
	// AES固定格式为128/192/256bits.即：16/24/32bytes。DES固定格式为128bits，即8bytes。
	// 字符补全
	private static final String[] consult = new String[] { "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "A", "B",
			"C", "D", "E", "F", "G" };

	/**
	 * 加密
	 *
	 * @param cleartext
	 * @return
	 */
	public static String encrypt(String cleartext) {
		// 加密方式： AES128(CBC/PKCS5Padding) + Base64, 私钥：1111222233334444
		try {
			IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
			// 两个参数，第一个为私钥字节数组， 第二个为加密方式 AES或者DES
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(AES_KEY.getBytes(), "AES");
			// 实例化加密类，参数为加密方式，要写全
			Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TYPE); // PKCS5Padding比PKCS7Padding效率高，PKCS7Padding可支持IOS加解密
			// 初始化，此方法可以采用三种方式，按加密算法要求来添加。（1）无第三个参数（2）第三个参数为SecureRandom random = new
			// SecureRandom();中random对象，随机数。(AES不可采用这种方法)（3）采用此代码中的IVParameterSpec
			// 加密时使用:ENCRYPT_MODE; 解密时使用:DECRYPT_MODE;
			cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); // CBC类型的可以在第三个参数传递偏移量zeroIv,ECB没有偏移量
			// 加密操作,返回加密后的字节数组，然后需要编码。主要编解码方式有Base64, HEX, UUE,7bit等等。此处看服务器需要什么编码方式
			byte[] encryptedData = cipher.doFinal(cleartext.getBytes(CODE_TYPE));

			return new BASE64Encoder().encode(encryptedData);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}

	/**
	 * 解密
	 *
	 * @param encrypted
	 * @return
	 */
	public static String decrypt(String encrypted) {
		try {
			byte[] byteMi = new BASE64Decoder().decodeBuffer(encrypted);
			IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(AES_KEY.getBytes(), "AES");
			Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TYPE);
			// 与加密时不同MODE:Cipher.DECRYPT_MODE
			cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); // CBC类型的可以在第三个参数传递偏移量zeroIv,ECB没有偏移量
			byte[] decryptedData = cipher.doFinal(byteMi);
			return new String(decryptedData, CODE_TYPE);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}

	/**
	 * 测试
	 *
	 * @param args
	 * @throws Exception
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String content = "123456";
		test(content);
	}

	public static void test(String content) throws UnsupportedEncodingException {
		System.out.println("加密内容：" + content);
		// 字节数
		int num = content.getBytes(CODE_TYPE).length;
		System.out.println("加密内容字节数: " + num);

		// 加密
		String encryptResult = encrypt(content);
		content = new String(encryptResult);
		System.out.println("加密后：" + content);

		// 解密
		String decryptResult = decrypt(encryptResult);
		content = new String(decryptResult);
		System.out.println("解密完成后：" + content);
	}

}

实现效果：

加密内容：123456
加密内容字节数: 6
加密后：j+3hOLASQrPpkyIMJZ4pHQ==
解密完成后：123456

更多详解代码：

package com.gx.util;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

public class AESEncryptionUtil {

	// 偏移量
	public static final String VIPARA = "L+\\\\~f4,Ir)b$=pkf"; // AES 为16bytes. DES 为8bytes

	// 编码方式
	public static final String CODE_TYPE = "UTF-8";
	// public static final String CODE_TYPE = "GBK";

	// 填充类型
	public static final String AES_TYPE = "AES/ECB/PKCS5Padding";
	// public static final String AES_TYPE = "AES/ECB/PKCS7Padding";
	// 此类型 加密内容,密钥必须为16字节的倍数位,否则抛异常,需要字节补全再进行加密
	// public static final String AES_TYPE = "AES/ECB/NoPadding";
	// java 不支持ZeroPadding
	// public static final String AES_TYPE = "AES/CBC/ZeroPadding";

	// 私钥
	private static final String AES_KEY = ")O[NB]6,YF}+efcaj{+oESb9d8>Z'e9M"; // AES固定格式为128/192/256
	// bits.即：16/24/32bytes。DES固定格式为128bits，即8bytes。

	// 字符补全
	private static final String[] consult = new String[] { "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "A", "B",
			"C", "D", "E", "F", "G" };

	/**
	 * 加密
	 *
	 * @param cleartext
	 * @return
	 */
	public static String encrypt(String cleartext) {
		// 加密方式： AES128(CBC/PKCS5Padding) + Base64, 私钥：1111222233334444
		try {
			IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
			// 两个参数，第一个为私钥字节数组， 第二个为加密方式 AES或者DES
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(AES_KEY.getBytes(), "AES");
			// 实例化加密类，参数为加密方式，要写全
			Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TYPE); // PKCS5Padding比PKCS7Padding效率高，PKCS7Padding可支持IOS加解密
			// 初始化，此方法可以采用三种方式，按加密算法要求来添加。（1）无第三个参数（2）第三个参数为SecureRandom random = new
			// SecureRandom();中random对象，随机数。(AES不可采用这种方法)（3）采用此代码中的IVParameterSpec
			// 加密时使用:ENCRYPT_MODE; 解密时使用:DECRYPT_MODE;
			cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); // CBC类型的可以在第三个参数传递偏移量zeroIv,ECB没有偏移量
			// 加密操作,返回加密后的字节数组，然后需要编码。主要编解码方式有Base64, HEX, UUE,7bit等等。此处看服务器需要什么编码方式
			byte[] encryptedData = cipher.doFinal(cleartext.getBytes(CODE_TYPE));

			return new BASE64Encoder().encode(encryptedData);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}

	/**
	 * 解密
	 *
	 * @param encrypted
	 * @return
	 */
	public static String decrypt(String encrypted) {
		try {
			byte[] byteMi = new BASE64Decoder().decodeBuffer(encrypted);
			IvParameterSpec zeroIv = new IvParameterSpec(VIPARA.getBytes());
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(AES_KEY.getBytes(), "AES");
			Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TYPE);
			// 与加密时不同MODE:Cipher.DECRYPT_MODE
			cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); // CBC类型的可以在第三个参数传递偏移量zeroIv,ECB没有偏移量
			byte[] decryptedData = cipher.doFinal(byteMi);
			return new String(decryptedData, CODE_TYPE);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}

	/**
	 * 测试
	 *
	 * @param args
	 * @throws Exception
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		String content = "";
		test(content);
	}

	public static void test(String content) throws UnsupportedEncodingException {
		System.out.println("加密内容：" + content);
		// 字节数
		int num = content.getBytes(CODE_TYPE).length;
		System.out.println("加密内容字节数: " + num);
		System.out.println("加密内容是否16倍数: " + (num % 16 == 0 ? true : false));

		// 字节补全
		if (AES_TYPE.equals("AES/ECB/NoPadding")) {
			System.out.println();
			content = completionCodeFor16Bytes(content);
			System.out.println("加密内容补全后: " + content);
		}

		System.out.println();

		// 加密
		String encryptResult = encrypt(content);
		content = new String(encryptResult);
		System.out.println("加密后：" + content);

		System.out.println();

		// 解密
		String decryptResult = decrypt(encryptResult);
		content = new String(decryptResult);
		// 还原
		if (AES_TYPE.equals("AES/ECB/NoPadding")) {
			System.out.println("解密内容还原前: " + content);
			content = resumeCodeOf16Bytes(content);
		}

		System.out.println("解密完成后：" + content);
	}

	// NoPadding
	// 补全字符
	public static String completionCodeFor16Bytes(String str) throws UnsupportedEncodingException {
		int num = str.getBytes(CODE_TYPE).length;
		int index = num % 16;
		// 进行加密内容补全操作, 加密内容应该为 16字节的倍数, 当不足16*n字节是进行补全, 差一位时 补全16+1位
		// 补全字符 以 $ 开始,$后一位代表$后补全字符位数,之后全部以0进行补全;
		if (index != 0) {
			StringBuffer sbBuffer = new StringBuffer(str);
			if (16 - index == 1) {
				sbBuffer.append("$" + consult[16 - 1] + addStr(16 - 1 - 1));
			} else {
				sbBuffer.append("$" + consult[16 - index - 1] + addStr(16 - index - 1 - 1));
			}
			str = sbBuffer.toString();
		}
		return str;
	}

	// 追加字符
	public static String addStr(int num) {
		StringBuffer sbBuffer = new StringBuffer("");
		for (int i = 0; i < num; i++) {
			sbBuffer.append("0");
		}
		return sbBuffer.toString();
	}

	// 还原字符(进行字符判断)
	public static String resumeCodeOf16Bytes(String str) {
		int indexOf = str.lastIndexOf("$");
		if (indexOf == -1) {
			return str;
		}
		String trim = str.substring(indexOf + 1, indexOf + 2).trim();
		int num = 0;
		for (int i = 0; i < consult.length; i++) {
			if (trim.equals(consult[i])) {
				num = i;
			}
		}
		if (num == 0) {
			return str;
		}
		return str.substring(0, indexOf).trim();
	}

}