FastAES：比SDK快10倍的AES加解密实现

一、序

之前了解AES加解密的过程中，阅读了一篇文章：《AES简介》

除了从这篇文章中学习了AES原理之外，还了解到有"查表"的实现，

于是下载从其文章链接的源码下来，在Android平台上试用了一下，确实比Android SDK自带的实现要快很多。

但是文章作者所实现的源码只有128bits版本，于是在github上联系了作者，然后被告知openssl上有完整的128bits和256bits的版本。

openssl的代码是C语言，Android平台使用的话需要封装一下。

其实之前已经实现了，集成在在 github.com/BillyWei01/... ，但没有发布到MavenCentral。

最近 FastKV 更新了，支持注入自定义加密，于是抽取出来单独发布了，并将其命名为FastAES(也懒得再想其他命名了）。

FastKV的加解密替换成FastAES之后，确实比之前的加解密快很多！

二、使用

2.1 导入

gradle 复制代码

dependencies {
    implementation 'io.github.billywei01:fastaes:1.1.2'
}

目前aar包只编译了 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a' 两种abi架构。

如果需更多架构可以自行下载源码编译，或者联系我添加。

2.2 使用

java 复制代码

    byte[] cipher = FastAES.encrypt(data, key, iv);
    byte[] plain = FastAES.decrypt(cipher, key, iv);

以上接口实现的是 "AES/CBC/PKCS7Padding" 模式。

encrypt可能再内存不足时抛异常；

decrypt可能再内存不足，或者输入的密文非法时抛出异常。

使用时需酌情处理异常。

不过如果确实是内存不足，那其他地方可能也会抛OOM。

三、性能

测试数据：1000个长度在100字节以内的随机数组。

测试设备：HUAWEI P30 Pro。

测试结果：

	耗时(ms)
FastAES	1
SDK AES	24
KeyStore AES	20036

和Android SDK的AES实现对比，要快一个数量级。

文章标题说的快10倍，说的是大概的量级，对于不同长度输入，差距有所浮动。

如果随机数组长度更长一些，差距会稍微缩小，但是还是差一个数量级。

关于为什么SDK提供的AES不如openssl的查表实现，我也不清楚。

推测是SDK的AES需要根据字面量 "AES/CBC/PKCS7Padding" 去找算法提供方(Provider), 路由过程包括检索和对象创建等，这方面耗费不少；

然后就是openssl的查表实现确实比SDK的AES核心实现确实要快一些？

需要指出的是，查表的实现，需要一个10K左右的表；

对于目前的手机设备来说，10K的空间应该还好。

四、KeyStore加密

这一小节是题外话，但也值得讲一讲。

从上面列出的测试结果来看，用KeyStore做AES加解密，速度究极慢。

可能是因为加密过程要在TTE上执行的缘故？

这方面我也不太清楚，有了解的朋友可以和大家分享一下。

但不管什么原因，KeyStore确实不适合用来加密大量数据。

一种折中的方式是通过KeyStore来生成密钥。

java 复制代码

public class KeyStoreHelper {
    private static final String ALIAS = "KeyStoreHelper";

    public static byte[] getKey(byte[] seed) {
        try {
            String algorithm = KeyProperties.KEY_ALGORITHM_HMAC_SHA256;
            KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
            keyStore.load(null);
            Key key = keyStore.getKey(ALIAS, null);
            if (key== null) {
                // Generate the key and save to KeyStore, next time we can get it from KeyStore.
                KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm, "AndroidKeyStore");
                keyGenerator.init(new KeyGenParameterSpec.Builder(ALIAS, KeyProperties.PURPOSE_SIGN).build());
                key = keyGenerator.generateKey();
            }
            Mac mac = Mac.getInstance(algorithm);
            mac.init(key);
            byte[] digest = mac.doFinal(seed);
            return Arrays.copyOf(digest, 16);
        } catch (Exception e) {
            FastKVLogger.INSTANCE.e("Cipher", e);
        }
        return new byte[16];
    }
}

KeyGenParameterSpec 是Android M (Android 6.0) 提供的API,

用其构建的随机的Key会保存在KeyStore中，在下次启动时, keyStore.getKey能获取到其生成的Key。

如上的实现，输入seed，会得到随机的byte\[\] (可以作为AES的key)；

下次启动输入相同的seed，会得到相同的输出。

也就是，可用 KeyStore对固定的seed计算HMAC（或者AES也行），用其计算结果作为AES的key，再选一个更快的AES实现来加密。

如此，既利用了KeyStore的保密性，又避免了直接利用其加密的效率问题。

需要注意的是，KeyStore保存的Key会在APP卸载时一并删除；

卸载重装后，用同样的ALIAS获取到的Key会不一样。

也就是，KeyStore的Key，可以用来加密生命周期在安装期间的数据（比如内部目录的数据），不可以用来加密生命周期更长的数据（比如云端的数据），否则卸载重装后解密不了。

五、总结

通过封装openssl的AES查表实现，得到了一个比Android SDK提供的加密更快的实现。

对于需要频繁加解密，且对速度有一定要求的场景，可以用之改善。

项目已上传Github： github.com/BillyWei01/...

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