Java使用AES-256加密

2023-01-27 18:50:28

Java version: 1.8.0_151-b12

AES(Advanced Encryption Standard)加密算法属于对称加密算法,AES加密算法的安全性要高于DES和3DES, 所以AES已经成为
了主要的对称加密算法.

AES的加密流程

要理解AES的加密流程, 会涉及到AES的五个关键词: 分组密码*, Padding, 初始向量IV, 密钥, 加密模式.

  • 分组密码*: 所谓分组密码*就是指将明文切成一段一段的来加密, 然后再把一段一段的密文拼起来形成最终密文的加密方
    式. AES采用分组密码*, 即AES加密会首先把明文切成一段一段的, 而且每段数据的长度要求必须是128位16个字节, 如果最后
    一段不够16个字节了, 就需要用Padding来把这段数据填满16个字节, 然后分别对每段数据进行加密, 最后再把每段加密数据拼起
    来形成最终的密文.

  • Padding: Padding就是用来把不满16个字节的分组数据填满16个字节用的, 它有三种模式PKCS5、PKCS7和NOPADDING. PKCS5是
    指分组数据缺少几个字节, 就在数据的末尾填充几个字节的几, 比如缺少5个字节, 就在末尾填充5个字节的5. PKCS7是指分组数据
    缺少几个字节, 就在数据的末尾填充几个字节的0, 比如缺少7个字节, 就在末尾填充7个字节的0. NoPadding是指不需要填充, 也就
    是说数据的发送方肯定会保证最后一段数据也正好是16个字节. 那如果在PKCS5模式下, 最后一段数据的内容刚好就是16个16怎么办？
    那解密端就不知道这一段数据到底是有效数据还是填充数据了, 因此对于这种情况, PKCS5模式会自动帮我们在最后一段数据后再添
    加16个字节的数据, 而且填充数据也是16个16, 这样解密段就能知道谁是有效数据谁是填充数据了. PKCS7最后一段数据的内容是
    16个0, 也是同样的道理. 解密端需要使用和加密端同样的Padding模式, 才能准确的识别有效数据和填充数据. 我们开发通常采用
    PKCS7 Padding模式.

  • 初始向量IV: 初始向量IV的作用是使加密更加安全可靠, 我们使用AES加密时需要主动提供初始向量, 而且只需要提供一个初始向
    量就够了, 后面每段数据的加密向量都是前面一段的密文. 初始向量IV的长度规定为128位16个字节, 初始向量的来源为随机生成.

  • 密钥: AES要求密钥的长度可以是128位16个字节、192位或者256位, 位数越高, 加密强度自然越大, 但是加密的效率自然会低一
    些, 因此要做好衡量. 我们开发通常采用128位16个字节的密钥, 我们使用AES加密时需要主动提供密钥, 而且只需要提供一个密钥
    就够了, 每段数据加密使用的都是这一个密钥, 密钥来源为随机生成.

  • 加密模式: AES一共有四种加密模式, 分别是ECB(电子密码本模式)、CBC(密码分组链接模式)、CFB、OFB, 我们一般使用的是CBC模
    式. 四种模式中除了ECB相对不安全之外, 其它三种模式的区别并没有那么大. ECB模式是最基本的加密模式, 即仅仅使用明文和密钥
    来加密数据, 相同的明文块会被加密成相同的密文块, 这样明文和密文的结构将是完全一样的, 就会更容易被破解, 相对来说不是那么
    安全, 因此很少使用. CBC模式则比ECB模式多了一个初始向量IV, 加密的时候, 第一个明文块会首先和初始向量IV做异或操作, 然后
    再经过密钥加密, 然后第一个密文块又会作为第二个明文块的加密向量来异或, 依次类推下去, 这样相同的明文块加密出的密文块就是
    不同的, 明文的结构和密文的结构也将是不同的, 因此更加安全, 我们常用的就是CBC加密模式.

说完 AES 加密流程, 下面说一说 Java 如何使用 AES 加密.

或许你一直使用 AES-128 加密没有任何问题, 但当你把密钥增加到32个字节的时候, 可能会遇到如下异常:

java.security.InvalidKeyException: Illegal key size

To solve that you have to go to this website, download the Unlimited Strength Jurisdiction Policy Files, unzip it, go to the <java-home>/lib/security directory,
and replace the two files local_policy.jar and US_export_policy.jar with the two files from the download.

Starting with Java 1.8.0_151 and 1.8.0_152 there is a new somewhat easier way to enable the unlimited strength jurisdiction policy for the JVM. Without
enabling this you cannot use AES-256. Since this version, it is no longer necessary to download the policy files from the Oracle website and install it. You
can now set the unlimited policy directly in your application with this one-liner:

Security.setProperty("crypto.policy", "unlimited");

In Java 1.8.0_162, the unlimited policy is enabled by default. You no longer need to install the policy file in the JRE or set the security property crypto.policy.

openjdk bugs: Enable unlimited cryptographic policy by default in Oracle JDK builds

Java 使用 AES-256 加密代码:

 1 /**
 2  * @author xxx
 3  * @date 2020-09-16 11:17
 4  **/
 5 public class AES256Util {
 6 
 7     /**
 8      * 密钥, 256位32个字节
 9      */
10     public static final String DEFAULT_SECRET_KEY = "uBdUx82vPHkDKb284d7NkjFoNcKWBuka";
11 
12     private static final String AES = "AES";
13 
14     /**
15      * 初始向量IV, 初始向量IV的长度规定为128位16个字节, 初始向量的来源为随机生成.
16      */
17     private static final byte[] KEY_VI = "c558Gq0YQK2QUlMc".getBytes();
18 
19     /**
20      * 加密解密算法/加密模式/填充方式
21      */
22     private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
23 
24     private static java.util.Base64.Encoder base64Encoder = java.util.Base64.getEncoder();
25     private static java.util.Base64.Decoder base64Decoder = java.util.Base64.getDecoder();
26 
27     static {
28         java.security.Security.setProperty("crypto.policy", "unlimited");
29     }
30 
31     /**
32      * AES加密
33      */
34     public static String encode(String key, String content) {
35         try {
36             javax.crypto.SecretKey secretKey = new javax.crypto.spec.SecretKeySpec(key.getBytes(), AES);
37             javax.crypto.Cipher cipher = javax.crypto.Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
38             cipher.init(javax.crypto.Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new javax.crypto.spec.IvParameterSpec(KEY_VI));
39 
40             // 获取加密内容的字节数组(这里要设置为utf-8)不然内容中如果有中文和英文混合中文就会解密为乱码
41             byte[] byteEncode = content.getBytes(java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8);
42 
43             // 根据密码器的初始化方式加密
44             byte[] byteAES = cipher.doFinal(byteEncode);
45 
46             // 将加密后的数据转换为字符串
47             return base64Encoder.encodeToString(byteAES);
48         } catch (Exception e) {
49             e.printStackTrace();
50         }
51         return null;
52     }
53 
54     /**
55      * AES解密
56      */
57     public static String decode(String key, String content) {
58         try {
59             javax.crypto.SecretKey secretKey = new javax.crypto.spec.SecretKeySpec(key.getBytes(), AES);
60             javax.crypto.Cipher cipher = javax.crypto.Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
61             cipher.init(javax.crypto.Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new javax.crypto.spec.IvParameterSpec(KEY_VI));
62 
63             // 将加密并编码后的内容解码成字节数组
64             byte[] byteContent = base64Decoder.decode(content);
65             // 解密
66             byte[] byteDecode = cipher.doFinal(byteContent);
67             return new String(byteDecode, java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8);
68         } catch (Exception e) {
69             e.printStackTrace();
70         }
71         return null;
72     }
73 
74     public static void main(String[] args) {
75         String dbPassword = "123456";
76         String encryptDbPwd = AES256Util.encode(DEFAULT_SECRET_KEY, dbPassword);
77         System.out.println("encrypt: " + encryptDbPwd);
78 
79         String decrypt = AES256Util.decode(DEFAULT_SECRET_KEY, encryptDbPwd);
80         System.out.println("decrypt:" + decrypt);
81     }
82 
83 }

测试:

Java使用AES-256加密

最后特别说明一下:
解密时用到的密钥, 初始向量IV, 加密模式, Padding模式必须和加密时的保持一致, 否则则会解密失败.

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