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JAVA实现AES加密、解密

2026-06-01 4 花语

本文内容纲要:

-一、什么是AES? -二、AES加密方式简析 -填充: -模式 -三、提供两个示例 -1、javamysql通用aes加密算法 -2、javaAES-128-CBC加密模式

一、什么是AES?

高级加密标准(英语:AdvancedEncryptionStandard,缩写:AES),是一种区块加密标准。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。

那么为什么原来的DES会被取代呢,,原因就在于其使用56位密钥,比较容易被破解。而AES可以使用128、192、和256位密钥,并且用128位分组加密和解密数据,相对来说安全很多。完善的加密算法在理论上是无法破解的,除非使用穷尽法。使用穷尽法破解密钥长度在128位以上的加密数据是不现实的,仅存在理论上的可能性。统计显示,即使使用目前世界上运算速度最快的计算机,穷尽128位密钥也要花上几十亿年的时间,更不用说去破解采用256位密钥长度的AES算法了。

目前世界上还有组织在研究如何攻破AES这堵坚厚的墙,但是因为破解时间太长,AES得到保障,但是所用的时间不断缩小。随着计算机计算速度的增快,新算法的出现,AES遭到的攻击只会越来越猛烈,不会停止的。

AES现在广泛用于金融财务、在线交易、无线通信、数字存储等领域,经受了最严格的考验,但说不定哪天就会步DES的后尘。

二、AES加密方式简析

*AES加密是对称加密128192256分别表示密钥的长度

*AES的加密方式会将明文拆分成不同的块进行加密,例如一个256位的数据用128的密钥加密,则分成

明文1(128位)明文2(128位)

加密

密文1(128位)密文2(128位)

填充:

如果明文不是128位(16字节)的则需要填充,即在明文某个地方补充到16个字节整数倍的长度,加解密时需要采用同样的填充方式,否则无法解密成功,以下是几种填充方式

**NoPadding 不进行填充,但是这里要求明文必须要是16个字节的整数倍,这个可以使用者本身自己去实现填充,除了该种模式以外的其他填充模式,如果已经是16个字节的数据的话,会再填充一个16字节的数据

**PKCS5Padding(默认)

在明文的末尾进行填充,填充的数据是当前和16个字节相差的数量,例如:

未填充明文

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11

填充明文(缺少五个满足16个字节)

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,5,5,5,5,5

由于使用PKCS7Padding/PKCS5Padding填充时,最后一个字节肯定为填充数据的长度,所以在解密后可以准确删除填充的数据

**ISO10126Padding

在明文的末尾进行填充,当前和16个字节相差的数量填写在最后,其余字节填充随机数,例如:

未填充明文

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11

填充明文(缺少五个满足16个字节)

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,c,b,4,1,5

模式

模式是需要制定AES对明文进行加密时使用的模式(这里并不涉及具体的加密方法,只是加密步骤上的不同模式,在加解密时同样需要相同的模式,否则无法成功),一共提供了五种模式,模式的基本原理是近似的,但是细节上会有一些变化,如下:

****ECB模式(默认)**电码本模式ElectronicCodebookBook

这个模式是默认的,就只是根据密钥的位数,将数据分成不同的块进行加密,加密完成后,再将加密后的数据拼接起来,过程如下:

明文(64字节)密钥(16字节)

明文1(16字节)明文2(16字节)明文3(16字节)明文4(16字节)

密文1(16字节)密文2(16字节)密文3(16字节)密文4(16字节)

密文(64字节)

优点:简单、速度快、可并行

缺点:如果明文块相同,则生成的密文块也相同,这样会导致安全性降低

**CBC模式密码分组链接模式CipherBlockChaining

为了解决ECB模式的密文块相同的缺点,CBC的模式引入了一个初始向量概念,该向量必须是一个与密钥长度相等的数据,在第一次加密前,会使用初始化向量与第一块数据做异或运算,生成的新数据再进行加密,加密第二块之前,会拿第一块的密文数据与第二块明文进行异或运算后再进行加密,以此类推,解密时也是在解密后,进行异或运算,生成最终的明文。过程如下:

明文(63字节)密钥(16字节)初始向量iv(16字节)

明文1(16字节)明文2(16字节)明文3(16字节)明文4+一个0(16字节)

异或+初始向量+密文1+密文2+密文3

密文1(16字节)密文2(16字节)密文3(16字节)密文4(16字节)

密文(64字节)

这里需要注意如下几点:

1.向量必须是一个与密钥长度相等的数据

2.由于在加密前和解密后都会做异或运算,因此我们的明文可以不用补全,不是16个字节的倍数也可以,CBC中会自动用0补全进行异或运算

3.在解密时是解密后才会再做异或运算,保证数据解密成功

4.由于自动进行了补全,所以解密出的数据也会在后面补全0,因此获取到数据时,需要将末尾的0去除,或者根据源数据长度来截取解密后的数据

优点:每次加密密钥不同,加强了安全性

CBC的方式解决了EBC的缺点,但是也有其缺点:

1.加密无法并行运算,但是解密可以并行,必须在前一个块加密完成后,才能加密后块,并且也需要填充0在后面,所以并不适合流数据(不适合的原因可能是,需要满足128位的数据之后才能进行加密,这样后面才不会有0的补全)

2.如果前一个数据加密错误,那么后续的数据都是错的了

3.两端需要同时约定初始向量iv

**CFB模式:密码反馈模式CipherFeedBack

这个模式只使用了加密方法,原理是用到了一个数值异或运算之后再进行一次异或运算,值不改变的原理。并且在加密的时候,如果数据并不满足一个密钥的字节,那么只做保存,待满足一个密钥的字节后再进行加密过程如下:

加密:

明文(260个字节)iv(128个字节)

明文1(128个字节)明文2(128个字节)明文3(4个字节)

(iv+key)异或明文1(密文1+key)异或明文1(密文1+key)异或明文3

密文1(128个字节)密文2(128个字节)密文3(4个字节)

解密:

密文(260个字节)iv(128个字节)密钥(128字节)

密文1(128个字节)密文2(128个字节)密文3(4个字节)

(iv+key)异或密文1(密文1+key)异或密文2(密文1+key)异或密文3

明文1(128个字节)明文2(128个字节)明文3(4个字节)

这里需要注意如下几点:

1.加解密时会返回一个num,这个num表示还需要几个数字,才会使用上一个密文加密,否则一直使用上上一个

2.加解密时也需要传入字符串的长度

3.由于解密时使用的都是密文来进行解密,并没有使用上一次解密的明文,因此解密也可以并行

4.由于CFB模式并不需要补全,或者一个完整的128字节才能加解密,综合第三点,所以适合流数据的传输。

5.CFB模式不止有CFB128(即与密钥长度一致),还有CFB1和CFB8即加解密1或8位后,再调用一次加密器生成新的值,这样可以使加密更安全,但是就会处理更多的运算,CFB1的运算时间是CFB8的八倍CFB128的128倍

6.使用CFB128或者CFB8的时候传入的length单位是字节,CFB1是length的单位是位。

7.使用CFB1和CFB8的时候,num值会始终为0

优点:解密可同步,可以传入非16字节倍数的数据,适合流数据

CFB模式当然也有一个缺点,解密的时候可以并行解密,但是加密的时候并不可以并行加密。并且也需要选择iv

**OFB模式:输出反馈模式OutputFeedBack

该模式与CFB类似,但是是将iv或者上一个iv加密后的数据加密,生成的key与明文做异或运算,解密时采用的是同样的方法,利用了异或运算的对称性来进行加解密,除了这一点,其余与CFB一致

加密/解密:

CFB:

(iv+key)异或明文1(密文1+key)异或明文1(密文1+key)异或明文3

OFB

(iv+key)异或明文1((iv+key)+key)异或明文1(((iv+key)+key)+key)异或明文3

优点:与CFB一样,方便传输流数据

缺点:由于依赖上一次的加密结果,所以并不能并行处理,特性是解密步骤完全一致,因此使用方法上不会有区别。

**CTR模式:计算器模式Counter

OFB不能并行的原因就在于需要上一次的iv进行加密后的结果,因此在CTR中我们将(iv+key)+key替换成了(iv+1)+key,这样我们就不需要依赖上一次的加密结果了。对比如下:

OFB

(iv+key)异或明文1((iv+key)+key)异或明文1(((iv+key)+key)+key)异或明文3

CTR

(iv+key)异或明文1((iv+1)+key)异或明文1(((iv+1)+1)+key)异或明文3

优点:由于加解密可以并行,因此CTR模式的加解密速度也很快

缺点:iv+1的获取比较负责,需要获取瞬时iv

三、提供两个示例

1、javamysql通用aes加密算法

通用的aes加密,使用场景,插入数据时,使用java进行加密数据,查询时,通过sql进行解密,不用取出再遍历解密

注:to_base64只适用mysql5.6之后的,之前的没有这个函数,不适用,可以使用HEX,UNHEX,当然java要用对应的方法解密

importjavax.crypto.Cipher; importjavax.crypto.spec.SecretKeySpec; importsun.misc.BASE64Decoder; importsun.misc.BASE64Encoder; /** *java使用AES加密解密AES-128-ECB加密 *与mysql数据库aes加密算法通用 *数据库aes加密解密 *--加密 *SELECTto_base64(AES_ENCRYPT(www.gowhere.so,jkl;POIU1234++==)); *--解密 *SELECTAES_DECRYPT(from_base64(Oa1NPBSarXrPH8wqSRhh3g==),jkl;POIU1234++==); *@author836508 * */ publicclassMyAESUtil{ //加密 publicstaticStringEncrypt(StringsSrc,StringsKey)throwsException{ if(sKey==null){ System.out.print("Key为空null"); returnnull; } //判断Key是否为16位 if(sKey.length()!=16){ System.out.print("Key长度不是16位"); returnnull; } byte[]raw=sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpecskeySpec=newSecretKeySpec(raw,"AES"); Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");//"算法/模式/补码方式" cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,skeySpec); byte[]encrypted=cipher.doFinal(sSrc.getBytes("utf-8")); returnnewBASE64Encoder().encode(encrypted);//此处使用BASE64做转码功能,同时能起到2次加密的作用。 } //解密 publicstaticStringDecrypt(StringsSrc,StringsKey)throwsException{ try{ //判断Key是否正确 if(sKey==null){ System.out.print("Key为空null"); returnnull; } //判断Key是否为16位 if(sKey.length()!=16){ System.out.print("Key长度不是16位"); returnnull; } byte[]raw=sKey.getBytes("utf-8"); SecretKeySpecskeySpec=newSecretKeySpec(raw,"AES"); Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,skeySpec); byte[]encrypted1=newBASE64Decoder().decodeBuffer(sSrc);//先用base64解密 try{ byte[]original=cipher.doFinal(encrypted1); StringoriginalString=newString(original,"utf-8"); returnoriginalString; }catch(Exceptione){ System.out.println(e.toString()); returnnull; } }catch(Exceptionex){ System.out.println(ex.toString()); returnnull; } } publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{ /* *此处使用AES-128-ECB加密模式,key需要为16位。 */ StringcKey="jkl;POIU1234++=="; //需要加密的字串 StringcSrc="www.gowhere.so"; System.out.println(cSrc); //加密 StringenString=MyAESUtil.Encrypt(cSrc,cKey); System.out.println("加密后的字串是:"+enString); //解密 StringDeString=MyAESUtil.Decrypt(enString,cKey); System.out.println("解密后的字串是:"+DeString); } }

2、javaAES-128-CBC加密模式

packagecom.zhongzhi.utils; importjavax.crypto.Cipher; importjavax.crypto.spec.IvParameterSpec; importjavax.crypto.spec.SecretKeySpec; importorg.apache.commons.codec.binary.Base64; /** *@ClassnameZzSecurityHelper *@DescriptionTODO *@Date2019/6/2416:50 *@Createdbywhd */ publicclassZzSecurityHelper{ /* *加密用的Key可以用26个字母和数字组成使用AES-128-CBC加密模式,key需要为16位。 */ privatestaticfinalStringkey="hj7x89H$yuBI0456"; privatestaticfinalStringiv="NIfb&95GUY86Gfgh"; /** *@authormiracle.qu *@DescriptionAES算法加密明文 *@paramdata明文 *@paramkey密钥,长度16 *@paramiv偏移量,长度16 *@return密文 */ publicstaticStringencryptAES(Stringdata)throwsException{ try{ Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); intblockSize=cipher.getBlockSize(); byte[]dataBytes=data.getBytes(); intplaintextLength=dataBytes.length; if(plaintextLength%blockSize!=0){ plaintextLength=plaintextLength+(blockSize-(plaintextLength%blockSize)); } byte[]plaintext=newbyte[plaintextLength]; System.arraycopy(dataBytes,0,plaintext,0,dataBytes.length); SecretKeySpeckeyspec=newSecretKeySpec(key.getBytes(),"AES"); IvParameterSpecivspec=newIvParameterSpec(iv.getBytes());//CBC模式,需要一个向量iv,可增加加密算法的强度 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,keyspec,ivspec); byte[]encrypted=cipher.doFinal(plaintext); returnZzSecurityHelper.encode(encrypted).trim();//BASE64做转码。 }catch(Exceptione){ e.printStackTrace(); returnnull; } } /** *@authormiracle.qu *@DescriptionAES算法解密密文 *@paramdata密文 *@paramkey密钥,长度16 *@paramiv偏移量,长度16 *@return明文 */ publicstaticStringdecryptAES(Stringdata)throwsException{ try { byte[]encrypted1=ZzSecurityHelper.decode(data);//先用base64解密 Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/CBC/NoPadding"); SecretKeySpeckeyspec=newSecretKeySpec(key.getBytes(),"AES"); IvParameterSpecivspec=newIvParameterSpec(iv.getBytes()); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,keyspec,ivspec); byte[]original=cipher.doFinal(encrypted1); StringoriginalString=newString(original); returnoriginalString.trim(); } catch(Exceptione){ e.printStackTrace(); returnnull; } } /** *编码 *@parambyteArray *@return */ publicstaticStringencode(byte[]byteArray){ returnnewString(newBase64().encode(byteArray)); } /** *解码 *@parambase64EncodedString *@return */ publicstaticbyte[]decode(Stringbase64EncodedString){ returnnewBase64().decode(base64EncodedString); } }

参考文章:

https://blog.csdn.net/DamonREN/article/details/87601165

https://blog.csdn.net/xy371661665/article/details/86423762

https://blog.csdn.net/TurboAnho/article/details/98611138

https://my.oschina.net/u/3784129/blog/3066112

本文内容总结:一、什么是AES?,二、AES加密方式简析,填充:,模式,三、提供两个示例,1、javamysql通用aes加密算法,2、javaAES-128-CBC加密模式,

原文链接:https://www.cnblogs.com/better-farther-world2099/p/13293291.html