【Java小工匠聊密码学】--对称加密--AES

1、什么是AES

AES加密算法是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。

2、AES算法特点

（1）能够抵御已知的针对DES算法的所有攻击。（2）密钥建立时间短、灵敏性好，内存需求低、安全性搞

3、AES候选算法

3.1、Rijndael （AES标准）

Rijndael由比利时计算机科学家Vincent Rijmen和Joan Daemen开发，它可以使用128位，192位或者256位的密钥长度，使得它比密钥长度为56位的DES更健壮可靠。Rijndael被设计用来支持更多的密钥长度，然而除了上述3种密钥长度，其他密钥长度并没有被AES采用。

3.2 其他候选算法

（1）MARS -- IBM公司（BC 库未支持）（2）RC6 --- RSA公司（BC库支持）（3）Serpent --Andersion、Biham、Kundsen（BC库支持）（4）Twofish--Counterpane公司（BC库支持）

4、AES算法实现

4.1 JDK算法实现

（1）工作模式 ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8-CFB128、OFB、OFB8-OFB128. （2）填充模式 NoPadding、PKCS5Padding、ISO10126Padding （3）密钥长度默认密钥长度128，可选 128、（192、256 需要获取无政策限制许可）密钥长度（4）算法实现

package lzf.cipher.jdk;

import java.nio.charset.Charset;

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

/**
 * @author Java小工匠
 */
public class JdkAesUtils {

    public static final String ALGORITHM = "AES";
    public static final String CIPHER_ALGORITHM = ALGORITHM + "/ECB/ISO10126Padding";

    // 获取 AES Key
    public static byte[] getAesKey() {
        try {
            // 1、创建密钥生成器
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
            keyGenerator.init(128); // 192、256 需要获取无政策限制许可
            // 2、产生密钥
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            // 3、获取密钥
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return key;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) {
        try {
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            // 加工作模式和填充方式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
            byte[] rsData = cipher.doFinal(data);
            return rsData;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 解密
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) {
        try {
            SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
            byte[] rsData = cipher.doFinal(data);
            return rsData;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 数据准16进制编码
    public static String encodeHex(final byte[] data) {
        return encodeHex(data, true);
    }

    // 数据转16进制编码
    public static String encodeHex(final byte[] data, final boolean toLowerCase) {
        final char[] DIGITS_LOWER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f' };
        final char[] DIGITS_UPPER = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };
        final char[] toDigits = toLowerCase ? DIGITS_LOWER : DIGITS_UPPER;
        final int l = data.length;
        final char[] out = new char[l << 1];
        // two characters form the hex value.
        for (int i = 0, j = 0; i < l; i++) {
            out[j++] = toDigits[(0xF0 & data[i]) >>> 4];
            out[j++] = toDigits[0x0F & data[i]];
        }
        return new String(out);
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "java小工匠".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
        byte[] key = getAesKey();
        String hexKeyStr = encodeHex(key);
        System.out.println("加密密钥:" + hexKeyStr + ",length=" + hexKeyStr.length());
        byte[] encryptData = encrypt(data, key);
        System.out.println("加密数据:" + encodeHex(encryptData));
        byte[] decryptData = decrypt(encryptData, key);
        System.out.println("解密数据:" + new String(decryptData));
    }
}

4.2 BC 算法实现

package lzf.cipher.bc;

import java.nio.charset.Charset;
import java.security.Security;

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

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

/**
 * @author Java小工匠
 */
public class BCAesUtils {

    // 可以使用 AES 候选算法，Rijndael（AES）、Serpent、RC6、Twofish
    public static final String ALGORITHM = "Twofish";
    public static final String CIPHER_ALGORITHM = ALGORITHM + "/ECB/ISO10126Padding";

    // 获取 Key
    public static byte[] getKey() {
        try {
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            // 1、创建密钥生成器
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM, "BC");
            keyGenerator.init(128);
            // 2、产生密钥
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            // 3、获取密钥
            byte[] key = secretKey.getEncoded();
            return key;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 加密
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) {
        try {
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            // 加工作模式和填充方式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
            byte[] rsData = cipher.doFinal(data);
            return rsData;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 解密
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) {
        try {
            Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            // 加工作模式和填充方式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
            byte[] rsData = cipher.doFinal(data);
            return rsData;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        byte[] data = "java小工匠".getBytes(Charset.forName("UTF-8"));
        byte[] key = getKey();
        String hexKeyStr = Hex.toHexString(key);
        System.out.println("加密密钥:" + hexKeyStr + ",length=" + hexKeyStr.length());
        byte[] encryptData = encrypt(data, key);
        System.out.println("加密数据:" + Hex.toHexString(encryptData));
        byte[] decryptData = decrypt(encryptData, key);
        System.out.println("解密数据:" + new String(decryptData));
    }
}

4.3、AES，密钥长度192、256 时错误解决

如果上述代码出现 Illegal key size or default parameters 这样的错误。因为某些国家的进口管制限制，Java发布的运行环境包中的加解密有一定的限制。 解决办法 （1）下载策略文件官方网站提供了JCE无限制权限策略文件的下载，或者可以查看JRE_HOME/lib/security/policy/unlimited 是否存在 local_policy.jar 和US_export_policy.jar JDK6的下载地址： http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jce-6-download-429243.html

JDK7的下载地址： http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jce-7-download-432124.html

JDK8的下载地址： http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jce8-download-2133166.html （2）拷贝JAR包将US_export_policy.jar和 local_policy.jar 拷贝的 JRE_HOME/lib/security 目录中。