写在前面
基于项目安全性需要，有时候我们的项目会使用AES 256加解密算法。以下，是针对实现AES256 Padding7加密算法实现的关键步骤解析以及此过程遇到的一些问题总结。
GitHub链接地址：https://github.com/zhijunhong/common_utils/tree/master/aes256
一些概念
对称加密算法
加密和解密用到的密钥是相同的，这种加密方式加密速度非常快，适合经常发送数据的场合；缺点是密钥的传输比较麻烦。
非对称加密算法
加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，通常加密解密的速度比较慢，适合偶尔发送数据的场合；优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal等。
实际应用中，一般是通过RSA加密AES的密钥，传输到接收方，接收方解密得到AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。
关于AES 256
高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法。对称加密算法：简单来说就是加密和解密过程中使用的秘钥（根据一定的规则生成）是相同的。
[站外图片上传中...(image-eb2b46-1619076938237)]
下面简单介绍下各个部分的作用与意义：
| 明文P | 需要加密的明文 |
|---|---|
| 密钥K | 用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据 |
| AES加密算法 | 设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C |
| 密文C | 经加密函数处理后，可以在网络传输中传递的密文数 |
| AES解密算法 | 设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P |
AES 256加解密算法实现
本博客重点讲解AES 256加解密算法实现过程；有关AES算法原理部分，网上有很多相关的博客，这里不再赘述。这里要特别指出的一点是，AES 256中的256指的是秘钥K的长度，常见的密钥长度还有128位、192位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所示：
| AES | 密钥长度（32位比特字) | 分组长度(32位比特字) | 加密轮数 |
|---|---|---|---|
| AES-128 | 4 | 4 | 10 |
| AES-192 | 6 | 4 | 12 |
| AES-256 | 8 | 4 | 14 |
生成秘钥
生成秘钥的方式是需要另一端解密人员一起协定的，不同的厂商乃至不同的项目，生成秘钥的方式理论上应该都要是不同的。
这里只是为简单举例：
使用用户名username,密码password和随机数random经过MD5加密后再经过HAS-256 hash后生成一组密钥，具体代码如下：
byte[] pkey = generatePkey("zhijunhong", "123456", "1111");
/**
* 生成秘钥
*
* @param username
* @param password
* @param random
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
*/
private byte[] generatePkey(String username, String password, String random) throws NoSuchAlgorithmException {
String mD5Str = MD5Utility.getMD5DefaultEncode(username + random + password); //MD5加密,加密算法见github代码
return Sha256Utils.getSHA256ByteArray(random + mD5Str); //经过HAS-256 hash
}
使用密钥加密明文
从步骤1获取的密钥pkey，还需要指定向量IV，这里随机指定IV为一组数据串，实际项目中，需要和解密端协定统一的IV向量。
String base64EncryptStr = AESUtils.aesEncryptStr("我是明文 ", pkey, AESUtils.IV); //密文
/**
* @param content 加密前原内容
* @param iv
* @return base64EncodeStr aes加密完成后内容
* @throws
* @Title: aesEncryptStr
* @Description: aes对称加密
*/
public static String aesEncryptStr(String content, byte[] pkey, String iv) {
byte[] aesEncrypt = aesEncrypt(content, pkey, iv); //具体方法解析，见下文
System.out.println("加密后的byte数组:" + Arrays.toString(aesEncrypt));
String base64EncryptStr = Base64Utils.encode(aesEncrypt);
System.out.println("加密后 base64EncodeStr:" + base64EncryptStr);
return base64EncryptStr;
}
对上述加密方法，进行参数说明：
- content：待加密的明文
- pkey：“生成秘钥”步骤生成的加密秘钥
- iv:加密向量IV
其中，具体加密方法aesEncrypt(String content, byte[] pkey, String IV)如下：
/**
* @param content 需要加密的原内容
* @param pkey 密匙
* @param
* @return
*/
public static byte[] aesEncrypt(String content, byte[] pkey, String IV) {
try {
//SecretKey secretKey = generateKey(pkey);
//byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
SecretKeySpec skey = new SecretKeySpec(pkey, "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS7Padding");// "算法/加密/填充"
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV.getBytes());
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skey, iv);//初始化加密器
byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes("UTF-8"));
return encrypted; // 加密
} catch (Exception e) {
Log.i(TAG,"aesEncrypt() method error:", e);
}
return null;
}
最后，进行一轮base64转码String base64EncryptStr = Base64Utils.encode(aesEncrypt);操作后，输出密文字符串base64EncryptStr。
使用密钥解密密文
秘钥解密的过程其实就是加密的逆过程，如下：解密方法
/**
* @param base64EncryptStr base64处理过的字符串
* @param pkey 密匙
* @param
* @return String 返回类型
* @throws Exception
* @throws
* @Title: aesDecodeStr
* @Description: 解密 失败将返回NULL
*/
public static String aesDecodeStr3(String base64EncryptStr, byte[] pkey, String IV) throws Exception {
byte[] base64DecodeStr = Base64Utils.decode(base64EncryptStr);
byte[] aesDecode = aesDecode(base64DecodeStr, pkey, IV);
if (aesDecode == null) {
return null;
}
String result;
result = new String(aesDecode, "UTF-8");
return result;
}
对上述解密方法，进行参数说明：
- base64EncryptStr：base64编码过的加密密文
- pkey：秘钥（同加密秘钥）
- IV：向量
具体解密过程：先通过base64还原密文编码，再通过aesDecode(byte[] encryptStr, byte[] pkey, String IV)方法进行解密
其中，具体解密方法aesDecode(byte[] encryptStr, byte[] pkey, String IV)，基本和加密过程相差不大，如下：
/**
* 解密
*
* @param encryptStr 解密前的byte数组
* @param pkey 密匙
* @param IV
* @return result 解密后的byte数组
* @throws Exception
*/
public static byte[] aesDecode(byte[] encryptStr, byte[] pkey, String IV) throws Exception {
//SecretKey secretKey = generateKey(pkey);
//byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
SecretKeySpec skey = new SecretKeySpec(pkey, "AES");
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV.getBytes("UTF-8"));
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS7Padding");// 创建密码器
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skey, iv);// 初始化解密器
byte[] result = cipher.doFinal(encryptStr);
return result; // 解密
}
通过上述一系列操作后，最后将获取的字符数组，通过new String(aesDecode, "UTF-8")操作，就可以将密文重新解密成明文"我是明文"。
这里有一点需要特别说明一下： 字符的编码往往会影响加解密的结果。同一个字符被ASCII、Unicode和UTF-8编码时，字符编码的位数都是有区别的。很多同学没有注意这个问题，结果会导致解密失败。所以两端在联调加解密算法的时候，最好能约定字符编码统一。
打印明文和解密出的明文日志，如下：
2021-02-24 18:05:33.651 21560-21560/com.example.aes256 I/MainActivity: encryptStr: y9COgiC06V2E1CIuhJbPfg==
2021-02-24 18:05:33.652 21560-21560/com.example.aes256 I/MainActivity: decodeStr: 我是明文
完整代码：https://github.com/zhijunhong/common_utils/tree/master/aes256
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参考
AES加密算法的详细介绍与实现
SSL在线工具-AES在线加解密|AES在线加密 非常好用的在线验证AES加解密结果网站