Java AES 加密

xyy1232023-10-30 13:25

一、参考

Java 实现 AES 加密和解密完整示例_java实现aes的五种加密模式_=蜗牛=的博客-CSDN博客

二、ECB

2.1 定义

这种模式是将整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。加密时，使用一个密钥，将明文中的每个字符与密钥中对应位置的字符进行异或运算，得到密文。

2.2 代码

2.2.1 ECB工具类

java 复制代码 
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

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

public class ECB {
	  /** 加密模式之 ECB，算法/模式/补码方式 */
    public static final String AES_ECB = "AES/ECB/PKCS5Padding";

    /***
     * <h2>空校验</h2>
     * @param str 需要判断的值
     */
    public static boolean isEmpty(Object str) {
        return null == str || "".equals(str);
    }

    /***
     * <h2>String 转 byte</h2>
     * @param str 需要转换的字符串
     */
    public static byte[] getBytes(String str){
        if (isEmpty(str)) {
            return null;
        }
        try {
            return str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    
    /***
     * <h2>获取一个 AES 密钥规范</h2>
     */
    public static SecretKeySpec getSecretKeySpec(String key){
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(getBytes(key), "AES");
        return secretKeySpec;
    }

    /**
     * <h2>加密 - 模式 ECB</h2>
     * @param text 需要加密的文本内容
     * @param key 加密的密钥 key
     * */
    public static String encrypt(String text, String key){
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key)) {
            return null;
        }

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);

            // 加密字节数组
            byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(getBytes(text));

            // 将密文转换为 Base64 编码字符串
            return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * <h2>解密 - 模式 ECB</h2>
     * @param text 需要解密的文本内容
     * @param key 解密的密钥 key
     * */
    public static String decrypt(String text, String key){
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key)) {
            return null;
        }

        // 将密文转换为16字节的字节数组
        byte[] textBytes = Base64.getDecoder().decode(text);

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);

            // 解密字节数组
            byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(textBytes);

            // 将明文转换为字符串
            return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

2.2.2 测试

java 复制代码 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.util.HashMap;
import java.util.Properties;

public class Main {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		
		String text = "嗨，您好！";
	        String key  = "woniucsdnvip8888"; // 16字节的密钥

	        String encryptTextECB = ECB.encrypt(text, key);
	        System.out.println("EBC 加密后内容：" + encryptTextECB);
	        System.out.println("EBC 解密后内容：" + ECB.decrypt(encryptTextECB, key));
	        System.out.println();
	}

}

三、CBC

3.1 定义

这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。加密时，使用一个密钥和一个初始化向量（IV），初始化向量是一个16字节的向量，包含了加密算法所需的所有信息。

3.2 代码

3.2.1 CBC工具类

java 复制代码 
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
import java.util.Random;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class CBC {
	
    /** 加密模式之 CBC，算法/模式/补码方式 */
    private static final String AES_CBC = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    /** AES 中的 IV 必须是 16 字节（128位）长 */
    private static final Integer IV_LENGTH = 16;
    
    /***
     * <h2>空校验</h2>
     * @param str 需要判断的值
     */
    public static boolean isEmpty(Object str) {
        return null == str || "".equals(str);
    }

    /***
     * <h2>String 转 byte</h2>
     * @param str 需要转换的字符串
     */
    public static byte[] getBytes(String str){
        if (isEmpty(str)) {
            return null;
        }

        try {
            return str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /***
     * <h2>获取一个 AES 密钥规范</h2>
     */
    public static SecretKeySpec getSecretKeySpec(String key){
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(getBytes(key), "AES");
        return secretKeySpec;
    }

    /**
     * <h2>加密 - 自定义加密模式</h2>
     * @param text 需要加密的文本内容
     * @param key 加密的密钥 key
     * */
    public static String encrypt(String text, String key,String iv){
    	
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) {
            return null;
        }

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CBC);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv)));

            // 加密字节数组
            byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(getBytes(text));

            // 将密文转换为 Base64 编码字符串
            return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * <h2>解密 - 自定义加密模式</h2>
     * @param text 需要解密的文本内容
     * @param key 解密的密钥 key
     * */
    public static String decrypt(String text, String key,String iv){
    	
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) {
            return null;
        }

        // 将密文转换为16字节的字节数组
        byte[] textBytes = Base64.getDecoder().decode(text);

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CBC);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv)));

            // 解密字节数组
            byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(textBytes);

            // 将明文转换为字符串
            return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

3.2.2 测试

java 复制代码 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.util.HashMap;
import java.util.Properties;

public class Main {

	public static void main(String[] args) throws Exception {

        String text = "嗨，您好！";
        String key  = "woniucsdnvip8888"; // 16字节的密钥
        String iv = key ;
        
        String res = CBC.encrypt(text, key,iv);
        System.out.println("CBC 加密后内容：" + res);
        System.out.println("CBC 解密后内容：" + CBC.decrypt(res, key,iv));
        System.out.println();
	}

}

四、CFB

4.1 定义

这种模式是一种较为复杂的加密模式，它结合了CBC和CTR两种模式的优点。在CFB模式中，加密过程中使用一个密钥和一个随机生成的初始化向量（IV），然后对明文进行加密。在加密完成后，通过对明文进行非对称加密来生成密文的向量。随后，通过对密文进行反向操作，将密文的向量与明文的向量进行异或运算，得到解密所需的密钥。

4.2 代码

4.2.1 CFB工具类

java 复制代码 
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
import java.util.Random;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class CFB {
	
    /** 加密模式之 CBC，算法/模式/补码方式 */
    private static final String AES_CBC = "AES/CFB/PKCS5Padding";
    /** AES 中的 IV 必须是 16 字节（128位）长 */
    private static final Integer IV_LENGTH = 16;
    
    /***
     * <h2>空校验</h2>
     * @param str 需要判断的值
     */
    public static boolean isEmpty(Object str) {
        return null == str || "".equals(str);
    }

    /***
     * <h2>String 转 byte</h2>
     * @param str 需要转换的字符串
     */
    public static byte[] getBytes(String str){
        if (isEmpty(str)) {
            return null;
        }

        try {
            return str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /***
     * <h2>获取一个 AES 密钥规范</h2>
     */
    public static SecretKeySpec getSecretKeySpec(String key){
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(getBytes(key), "AES");
        return secretKeySpec;
    }

    /**
     * <h2>加密 - 自定义加密模式</h2>
     * @param text 需要加密的文本内容
     * @param key 加密的密钥 key
     * */
    public static String encrypt(String text, String key,String iv){
    	
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) {
            return null;
        }

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CBC);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv)));

            // 加密字节数组
            byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(getBytes(text));

            // 将密文转换为 Base64 编码字符串
            return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * <h2>解密 - 自定义加密模式</h2>
     * @param text 需要解密的文本内容
     * @param key 解密的密钥 key
     * */
    public static String decrypt(String text, String key,String iv){
    	
        if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) {
            return null;
        }

        // 将密文转换为16字节的字节数组
        byte[] textBytes = Base64.getDecoder().decode(text);

        try {
            // 创建AES加密器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_CBC);

            SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key);

            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv)));

            // 解密字节数组
            byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(textBytes);

            // 将明文转换为字符串
            return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

4.2.2 测试

java 复制代码 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
import java.util.HashMap;
import java.util.Properties;

public class Main {

	public static void main(String[] args) throws Exception {

		String text = "嗨，您好！";
        String key  = "woniucsdnvip8888"; // 16字节的密钥
        String iv = key ;
        
        String res = CFB.encrypt(text, key,iv);
        System.out.println("CFB 加密后内容：" + res);
        System.out.println("CFB 解密后内容：" + CFB.decrypt(res, key,iv));
        System.out.println();

		
	}

}

五、总结

ECB、CBC、CFB等模式都是对称加密算法，加密和解密使用相同的密钥。在使用这些算法时，需要注意保护密钥的安全，避免被恶意获取。

总的来说，选择 AES 的算法模式需要根据加密需要的安全性和速度来进行选择，通常推荐使用CBC 或 CFB 模式，而不是 ECB 模式

5.1 安全性

ECB 不够安全，只适合于短数据的加密，而 CBC 和 CFB 相较于 ECB 更加安全，因为前一个密文块会影响当前明文块，使攻击者难以预测密文的结构。

5.2 速度

ECB 是最简单的加密方式，速度最快，但由于安全性差不建议使用，CBC 因为每个明文块都要与前一个密文块进行异或操作，比 ECB 要慢一些，CFB 因为需要反复加密和解密，速度可能会更慢。

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