对称加密算法之Java AES算法应用

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  AES算法简介

  高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦*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**加密中最流行的算法之一。

  上面摘抄自的一段文字描述，关于AES如果想了解更多的理论支持，自行百度即可。

  从本人的观点整理出几个重点：

  · 没有任何一种加密算法是绝对安全的，安全都是相对性的行为。

  · 随着计算机算力的提升，原本较为安全的DES，可以在通过普通机器短时间内**。

  · 为了解决DES安全性的困扰，在DES的基础上发展出来3DES加密算法，通过对DES的反复应用，达到提高安全性的目的。

  · AES是下一代对称加密算法，安全性在DES和3DES之上，可以更加全面的保证传输过程中的安全性。

  · AES分组和秘钥大小可以为128位、192位和256位，然而AES只要求分组大小为128版本。、

  · 算法的循环：128位循环10轮、192位循环12轮、256位循环14轮。

  Maven

<dependency>
    <groupId>commons-codec</groupId>
    <artifactId>commons-codec</artifactId>
    <version>1.9</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>log4j</groupId>
    <artifactId>log4j</artifactId>
    <version>1.2.17</version>
</dependency>

  工具类

  AESUtil提供了针对文本内容、字节数组内容的加解密实现，AESUtil工具类可以直接复制使用，代码如下：

package com.arhorchin.securitit.enordecryption.aes;

import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.log4j.Logger;

/**
 * @author Securitit.
 * @note AES加密算法实现.
 */
public class AESUtil {

    /**
     * logger.
     */
    private static Logger logger = Logger.getLogger(AESUtil.class);

    /**
     * UTF-8字符集.
     */
    public final static String CHARSET_UTF8 = "UTF-8";

    /**
     * 对文本内容进行加密.
     * @param plainText 待加密明文内容.
     * @param aseKey AES秘钥.
     * @return 加密的密文.
     */
    public static String encodeText(String plainText, String aseKey) throws Exception {
        Cipher cipher = null;
        byte[] cipherBts = null;

        try {
            // 初始化加密组件.
            cipher = initAESCipher(aseKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
            // 字节数组加密.
            cipherBts = cipher.doFinal(plainText.getBytes(CHARSET_UTF8));
            return Base64.encodeBase64URLSafeString(cipherBts);
        } catch (Exception ex) {
            logger.error("AESUtil.encodeText.", ex);
            return "";
        }
    }

    /**
     * 对文本密文进行解密.
     * @param cipherText 待解密密文.
     * @param aseKey AES秘钥.
     * @return 解密的明文.
     */
    public static String decodeText(String cipherText, String aseKey) {
        Cipher cipher = null;
        byte[] result = null;

        try {
            // 初始化解密组件.
            cipher = initAESCipher(aseKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
            // 字节数组解密.
            result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(cipherText));
            return new String(result, CHARSET_UTF8);
        } catch (Exception ex) {
            logger.error("AESUtil.decodeText.", ex);
            return "";
        }
    }
    
    /**
     * 对字节数组内容进行加密.
     * @param plainText 待加密明文内容.
     * @param aseKey AES秘钥.
     * @return 加密的密文.
     */
    public static byte[] encodeBytes(byte[] plainBytes, String aseKey) throws Exception {
        Cipher cipher = null;
        byte[] cipherBts = null;

        try {
            // 初始化加密组件.
            cipher = initAESCipher(aseKey, Cipher.ENCRYPT_MODE);
            // 字节数组加密.
            cipherBts = cipher.doFinal(plainBytes);
            return cipherBts;
        } catch (Exception ex) {
            logger.error("AESUtil.encodeBytes.", ex);
            return null;
        }
    }

    /**
     * 对字节数组密文进行解密.
     * @param cipherText 待解密密文.
     * @param aseKey AES秘钥.
     * @return 解密的明文.
     */
    public static byte[] decodeBytes(byte[] cipherBytes, String aseKey) {
        Cipher cipher = null;
        byte[] result = null;

        try {
            // 初始化解密组件.
            cipher = initAESCipher(aseKey, Cipher.DECRYPT_MODE);
            // 字节数组解密.
            result = cipher.doFinal(cipherBytes);
            return result;
        } catch (Exception ex) {
            logger.error("AESUtil.decodeBytes.", ex);
            return null;
        }
    }

    /**
     * 初始化 AES Cipher.
     * @param aesKey **.
     * @param cipherMode 密码模式.
     * @return Cipher .
     */
    private static Cipher initAESCipher(String aesKey, int cipherMode) throws Exception {
        Cipher cipher = null;
        SecretKey secretKey = null;
        SecureRandom secureRandom = null;
        KeyGenerator keyGenerator = null;
        SecretKeySpec secretKeySpec = null;

        keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
        // 根据传入的随机源sKey初始128位的**.
        secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        secureRandom.setSeed(aesKey.getBytes());
        keyGenerator.init(128, secureRandom);
        // 生成**.
        secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 获取**数组.
        secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), "AES");
        cipher = Cipher.getInstance("AES");
        // 初始化加密后的密码.
        cipher.init(cipherMode, secretKeySpec);
        return cipher;
    }

}

  工具类测试

  在Maven依赖引入正确的情况下，复制上面的代码到项目中，修改package，可以直接使用，下面我们对工具类进行简单测试。测试类代码如下：

package com.arhorchin.securitit.enordecryption.aes;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author Securitit.
 * @note ASEUtil测试类.
 */
public class ASEUtilTester {

    /**
     * AES测试秘钥.
     */
    private static String AES_KEY = "ABCDEFGHIJKLMNOP";
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plainText = "This is 一段明文内容！";
        String cipherText = null;
        // 文本加解密测试.
        System.out.println("----------------------- 文本加解密测试 -------------------------");
        System.out.println("明文：" + plainText);
        cipherText = AESUtil.encodeText(plainText, AES_KEY);
        System.out.println("密文：" + cipherText);
        plainText = AESUtil.decodeText(cipherText, AES_KEY);
        System.out.println("解密明文：" + plainText);
        System.out.println();
        System.out.println("----------------------- 字节数组加解密测试 -------------------------");
        byte[] plainBytes = plainText.getBytes("UTF-8");
        byte[] cipherBytes = null;
        System.out.println("明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
        cipherBytes = AESUtil.encodeBytes(plainBytes, AES_KEY);
        System.out.println("密文：" + Arrays.toString(cipherBytes));
        plainBytes = AESUtil.decodeBytes(cipherBytes, AES_KEY);
        System.out.println("解密明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
        System.out.println();
    }
    
}

  控制台输出

package com.arhorchin.securitit.enordecryption.aes;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author Securitit.
 * @note ASEUtil测试类.
 */
public class ASEUtilTester {

    /**
     * AES测试秘钥.
     */
    private static String AES_KEY = "ABCDEFGHIJKLMNOP";
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plainText = "This is 一段明文内容！";
        String cipherText = null;
        // 文本加解密测试.
        System.out.println("----------------------- 文本加解密测试 -------------------------");
        System.out.println("明文：" + plainText);
        cipherText = AESUtil.encodeText(plainText, AES_KEY);
        System.out.println("密文：" + cipherText);
        plainText = AESUtil.decodeText(cipherText, AES_KEY);
        System.out.println("解密明文：" + plainText);
        System.out.println();
        System.out.println("----------------------- 字节数组加解密测试 -------------------------");
        byte[] plainBytes = plainText.getBytes("UTF-8");
        byte[] cipherBytes = null;
        System.out.println("明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
        cipherBytes = AESUtil.encodeBytes(plainBytes, AES_KEY);
        System.out.println("密文：" + Arrays.toString(cipherBytes));
        plainBytes = AESUtil.decodeBytes(cipherBytes, AES_KEY);
        System.out.println("解密明文：" + Arrays.toString(plainBytes));
        System.out.println();
    }
    
}

  查看Console中的控制台内容，明文和解密后明文对比，可以确认AESUtil可以正常工作，控制台如下图：

----------------------- 文本加解密测试 -------------------------
明文：This is 一段明文内容！
密文：zMveVvAPvWzYkxAJfjOHy1KJ_XVG3fk38MTp-aWxq54
解密明文：This is 一段明文内容！

----------------------- 字节数组加解密测试 -------------------------
明文：[84, 104, 105, 115, 32, 105, 115, 32, -28, -72, -128, -26, -82, -75, -26, -104, -114, -26, -106, -121, -27, -122, -123, -27, -82, -71, -17, -68, -127]
密文：[-52, -53, -34, 86, -16, 15, -67, 108, -40, -109, 16, 9, 126, 51, -121, -53, 82, -119, -3, 117, 70, -35, -7, 55, -16, -60, -23, -7, -91, -79, -85, -98]
解密明文：[84, 104, 105, 115, 32, 105, 115, 32, -28, -72, -128, -26, -82, -75, -26, -104, -114, -26, -106, -121, -27, -122, -123, -27, -82, -71, -17, -68, -127]

  总结

  AES是DES、3DES的后续产物，是随着计算机的发展而发展来的，计算机算力的提升正在考验着所有的密码算法。在过去需要估算需要几十年或者上百年时间才能**的算法，在今时今日，单计算节点甚至于计算节点集群，只需要很快的时间就可以还原出原文。在这样的环境下，算法安全不再是空谈，需要我们选择密码算法方案时，一定要慎重，以保证业务的安全性。

  若文中存在错误和不足，欢迎指正！

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