AES算法的CBC和ECB两种工作模式

AES是一种“对称加密算法”，这是一种传统的用“同一个”密钥进行加密，解密的算法，他有两种常见的工作方式：“CBC”和“ECB”。

ECB模式：

ECB模式是AES最简单的一种加密模式，它需要一个固定长度的密钥来对固定的明文进行加密，加密后的结果是固定的密文。

它的基本使用代码步骤：

• 根据算法名称/工作模式/填充模式获取Cipher实例；
• 根据算法名称初始化一个SecretKey实例，密钥必须为一个固定的changdu（16个字节）；
• 使用SecretKey初始化Cipher实例，并设置加密，解密的模式；
• 传入明文或密文，获得密文或明文；

代码参考实现如下：

// AES + ECB
public class Main{
	public static void main(String[] args) throws GeneralSecurityException {
		// 原文:
		String message = "天生我材必有用飞流直下三千尺";
		System.out.println("Message(原始信息): " + message);

		// 128位密钥 = 16 bytes Key:
		byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();

		// 加密:
		byte[] data = message.getBytes();
		byte[] encrypted = encrypt(key, data);
		System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));

		// 解密:
		byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
		System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));
	}

	// 加密:
	public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");

		// 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");
		
		// 初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
		// 根据原始内容(字节),进行加密
		return cipher.doFinal(input);
	}

	// 解密:
	public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		
		// 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
		SecretKey keySpec=new SecretKeySpec(key, "AES");
		
		// 初始化秘钥:设置解密模式DECRYPT_MODE
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
		
		// 根据原始内容(字节),进行解密
		return cipher.doFinal(input);
	}
}

CBC模式：

CBC模式对比ECB模式来说，它会在加密时生成已关闭随机的IV参数，这样的方式就可以使得每次对相同的明文生成不同的密文。在使用上和ECB是基本相同的，知识在初始化Cipher多传入一个参数IvParameterSpec实例。解密时也需要先将IvParameterSpec实例先拿出来还原然后解密。

代码参考实现如下：

//AES + CBC
public class Main {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 原文:
		String message = "阳光彩虹小白马";
		System.out.println("Message(原始信息): " + message);

		// 256位密钥 = 32 bytes Key:
		byte[] key = "1234567890abcdef1234567890abcdef".getBytes();

		// 加密:
		byte[] data = message.getBytes();
		byte[] encrypted = encrypt(key, data);
		System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));

		// 解密:
		byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
		System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));
	}

	// 加密:
	public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 设置算法/工作模式CBC/填充
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
		
		// 恢复秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		
		// CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:
		SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
		byte[] iv = sr.generateSeed(16);//生产16个字节的随机数
		
		//随机数封装成IvParameterSpec参数对象
		IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);
		
		// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);
		
		// 加密
		byte[] data = cipher.doFinal(input);
		
		// IV不需要保密，把IV和密文一起返回:
		return join(iv, data);
	}

	// 解密:
	public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 把input分割成IV和密文:
		byte[] iv = new byte[16];
		byte[] data = new byte[input.length - 16];
		
		// 解密:
		System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16);
		System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);
		
		// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");//恢复密钥
		IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);//恢复iv
		
		// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);
		
		// 解密操作
		return cipher.doFinal(data);
	}

	// 合并数组
	public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
		byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length];
		System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
		System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length, bs2.length);
		return r;
	}
}