Java 加密解密之对称加密算法AES

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Java 加密解密之对称加密算法AES

密码学中的高级加密 标准（Advanced Encryption  Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为 全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 （NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB  197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。该算法为比利时密码学家Joan  Daemen和Vincent  Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于  "Rhinedoll"。）

AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。

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。

JDK对DESede算法的支持

密钥长度：128位
工作模式：ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128
填充方式：Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/

工作模式和填充方式请参考：     JAVA加密解密基础

十六进制工具类Hex.java，见：java byte数组与十六进制字符串互转

AES加密解密的java实现：
AESCoder.java

Java代码：

import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
/**
 * AES Coder<br/>
 * secret key length:   128bit, default:    128 bit<br/>
 * mode:    ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
 * padding: Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
 * @author Aub
 *
 */
publicclass AESCoder {
/**
     * 密钥算法
    */
privatestaticfinal String KEY_ALGORITHM = "AES";
privatestaticfinal String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";
/**
     * 初始化密钥
     *
     * @return byte[] 密钥
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] initSecretKey() {
//返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
        KeyGenerator kg = null;
try {
            kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
returnnewbyte[0];
        }
//初始化此密钥生成器，使其具有确定的密钥大小
//AES 要求密钥长度为 128
        kg.init(128);
//生成一个密钥
        SecretKey  secretKey = kg.generateKey();
return secretKey.getEncoded();
    }
/**
     * 转换密钥
     *
     * @param key   二进制密钥
     * @return 密钥
     */
privatestatic Key toKey(byte[] key){
//生成密钥
returnnew SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
    }
/**
     * 加密
     *
     * @param data  待加密数据
     * @param key   密钥
     * @return byte[]   加密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
    }
/**
     * 加密
     *
     * @param data  待加密数据
     * @param key   二进制密钥
     * @return byte[]   加密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
    }
/**
     * 加密
     *
     * @param data  待加密数据
     * @param key   二进制密钥
     * @param cipherAlgorithm   加密算法/工作模式/填充方式
     * @return byte[]   加密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
//还原密钥
        Key k = toKey(key);
return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
    }
/**
     * 加密
     *
     * @param data  待加密数据
     * @param key   密钥
     * @param cipherAlgorithm   加密算法/工作模式/填充方式
     * @return byte[]   加密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
//实例化
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
//使用密钥初始化，设置为加密模式
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
//执行操作
return cipher.doFinal(data);
    }
/**
     * 解密
     *
     * @param data  待解密数据
     * @param key   二进制密钥
     * @return byte[]   解密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
    }
/**
     * 解密
     *
     * @param data  待解密数据
     * @param key   密钥
     * @return byte[]   解密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
    }
/**
     * 解密
     *
     * @param data  待解密数据
     * @param key   二进制密钥
     * @param cipherAlgorithm   加密算法/工作模式/填充方式
     * @return byte[]   解密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
//还原密钥
        Key k = toKey(key);
return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
    }
/**
     * 解密
     *
     * @param data  待解密数据
     * @param key   密钥
     * @param cipherAlgorithm   加密算法/工作模式/填充方式
     * @return byte[]   解密数据
     * @throws Exception
     */
publicstaticbyte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
//实例化
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
//使用密钥初始化，设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
//执行操作
return cipher.doFinal(data);
    }
privatestatic String  showByteArray(byte[] data){
if(null == data){
returnnull;
        }
        StringBuilder sb = new StringBuilder("{");
for(byte b:data){
            sb.append(b).append(",");
        }
        sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
        sb.append("}");
return sb.toString();
    }
publicstaticvoid main(String[] args) throws Exception {
byte[] key = initSecretKey();
        System.out.println("key："+showByteArray(key));
        Key k = toKey(key);
        String data ="AES数据";
        System.out.println("加密前数据: string:"+data);
        System.out.println("加密前数据: byte[]:"+showByteArray(data.getBytes()));
        System.out.println();
byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
        System.out.println("加密后数据: byte[]:"+showByteArray(encryptData));
        System.out.println("加密后数据: hexStr:"+Hex.encodeHexStr(encryptData));
        System.out.println();
byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
        System.out.println("解密后数据: byte[]:"+showByteArray(decryptData));
        System.out.println("解密后数据: string:"+new String(decryptData));
    }
}

  参考《java加密与解密的艺术》