思维导图

一、AES加解密

1.概述

1.1 概念

AES：高级加密标准（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密的区块加密标准。

（1）替代DES的新一代分组加密算法

（2）支持三种长度密钥：128、192、256位

1.2 加解密过程

分组加密、分组解密

1.2.1 分组加解密

将待加解密的内容按照128位分组，将密钥按照128位、192位、256位分组，分别将分组后的明文与相应分组后的密钥加解密。

（1）明文与密钥分组

明文分组

每组长度相等，都是128位（16字节）
密钥分组

有128位、192位、256位，推荐加密轮数分别为 10、12、14

（2）密钥组处理

以每组128位为例：

推荐加密轮数为10，前9次执行操作一样，第10次有所不同

（3）加密

明文与密钥分组后，对每组如下操作：

明文组与密钥组处理 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->

密文组

（4）解密

对每组如下操作：

密文组 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->

明文组

1.2.2 4种操作

信息安全（一）思维导图一、AES加解密

（1）AddRoundKey （轮密钥加）

矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（Round Key）做XOR运算
每个子密钥由密钥生成方案产生

（2）SubBytes（字节替代）

通过非线性的替代函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。

（3）ShiftRows（行移位）

将矩阵中的每个横列进行循环式移位

（4）MixColumns （列混淆）

为了充分混合矩阵中各个直行
使用线性转换来混合每列的4个字节

1.2.2 明文填充模式

（1）为什么要填充？

如一段明文长度是192位，如果按每128位拆，第二个明文块只有64位，不足128位，就需要对明文块进行填充

（2）分类

NoPadding

不做任何填充，但是要求明文必须是16字节（128bit）的整数倍。
PKCS5Padding（默认）

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。

且每个字节的值等于缺少的字符数。

如：明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}

ISO10126Padding

如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。

最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。

如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}

1.3 Java实现

注意： AES加密包含Base64加密

加密： AES加密 -> Base64加密 -> 密文

解密： Base64解密 -> AES解密 -> 明文

测试地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes

1.3.1 Java代码

import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Base64Utils;

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

/**
 * AES加密工具类
 * @author kevin
 */
public class AESUtil {
    /**
     * 日志相关
     */
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AESUtil.class);
    /**
     * 编码
     */
    private static final String ENCODING = "UTF-8";
    /**
     * 算法定义
     */
    private static final String AES_ALGORITHM = "AES";
    /**
     * 指定填充方式
     */
    private static final String CIPHER_PADDING = "AES/ECB/PKCS5Padding";
    private static final String CIPHER_CBC_PADDING = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    /**
     * 偏移量(CBC中使用，增强加密算法强度)
     */
    private static final String IV_SEED = "1234567812345678";


    private static final String AES_KEY = "equ6drp6nrwmgf1t";

    /**
     * AES加密
     * @param content 待加密内容
     */
    public static String encrypt(String content){
        if(StringUtils.isBlank(content)){
            LOGGER.info("AES encrypt: the content is null!");
            return null;
        }
        //判断秘钥是否为16位
        if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
                //设置加密算法，生成秘钥
                SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
                // "算法/模式/补码方式"
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);
                //选择加密
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec);
                //根据待加密内容生成字节数组
                byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));
                //返回base64字符串
                return Base64Utils.encodeToString(encrypted);
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.info("AES encrypt exception:" + e.getMessage());
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }else {
            LOGGER.info("AES encrypt: the AES_KEY is null or error!");
            return null;
        }
    }

    /**
     * 解密
     * @param content 待解密内容
     */
    public static String decrypt(String content){
        if(StringUtils.isBlank(content)){
            LOGGER.info("AES decrypt: the content is null!");
            return null;
        }
        //判断秘钥是否为16位
        if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
                //设置解密算法，生成秘钥
                SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
                // "算法/模式/补码方式"
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);
                //选择解密
                cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec);

                //先进行Base64解码
                byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);

                //根据待解密内容进行解密
                byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);
                //将字节数组转成字符串
                return new String(decrypted, ENCODING);
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.info("AES decrypt exception:" + e.getMessage());
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }else {
            LOGGER.info("AES decrypt: the AES_KEY is null or error!");
            return null;
        }
    }

    /**
     * AES_CBC加密
     * @param content 待加密内容
     */
    public static String encryptCBC(String content){
        if(StringUtils.isBlank(content)){
            LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the content is null!");
            return null;
        }
        //判断秘钥是否为16位
        if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
                //设置加密算法，生成秘钥
                SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
                // "算法/模式/补码方式"
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);
                //偏移
                IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));
                //选择加密
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, iv);
                //根据待加密内容生成字节数组
                byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));
                //返回base64字符串
                return Base64Utils.encodeToString(encrypted);
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.info("AES_CBC encrypt exception:" + e.getMessage());
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }else {
            LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the AES_KEY is null or error!");
            return null;
        }
    }

    /**
     * AES_CBC解密
     * @param content 待解密内容
     */
    public static String decryptCBC(String content){
        if(StringUtils.isBlank(content)){
            LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the content is null!");
            return null;
        }
        //判断秘钥是否为16位
        if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);
                //设置解密算法，生成秘钥
                SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);
                //偏移
                IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));
                // "算法/模式/补码方式"
                Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);
                //选择解密
                cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, iv);

                //先进行Base64解码
                byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);

                //根据待解密内容进行解密
                byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);
                //将字节数组转成字符串
                return new String(decrypted, ENCODING);
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.info("AES_CBC decrypt exception:" + e.getMessage());
                throw new RuntimeException(e);
            }

        }else {
            LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the AES_KEY is null or error!");
            return null;
        }
    }

    /**
     * 获取随机AES密钥
     */
    private static String getAESKey(){
        return RandomStringUtils.random(16, "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890");
    }



    public static void main(String[] args) {
        // AES支持三种长度的密钥：128位、192位、256位。
        // 代码中这种就是128位的加密密钥，16字节 * 8位/字节 = 128位。

        String aesResult = encrypt("测试AES加密");
        System.out.println("AES加密结果:" + aesResult);
        System.out.println();

        System.out.println("---------解密---------");
        String decrypt = decrypt(aesResult);
        System.out.println("AES解密结果:" + decrypt);
        System.out.println();


        System.out.println("--------AES_CBC加密解密---------");
        String cbcResult = encryptCBC("测试AESCBC加密");
        System.out.println("AES_CBC加密结果:" + cbcResult);
        System.out.println();

        System.out.println("---------AES_CBC解密---------");
        String cbcDecrypt = decryptCBC(cbcResult);
        System.out.println("AES_CBC解密结果:" + cbcDecrypt);
        System.out.println();
    }
}

1.3.2 执行结果

AES加密结果:CSx/Cg6F7paoo9J7AujBYg==

---------解密---------
AES解密结果:测试AES加密

--------AES_CBC加密解密---------
AES_CBC加密结果:hmlwSKLW91JhGMqEFozBLzidi6YRVjei0Hw1QkW07ac=

---------AES_CBC解密---------
AES_CBC解密结果:测试AESCBC加密

1.3.3线上验证

验证地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes

信息安全（一）思维导图一、AES加解密

另附安卓代码实现，如下：

AES加密(二) — Aes256带偏移量加/解密

下一篇跳转–信息安全（一）

本篇文章主要参考链接如下：

参考链接1-Java实现加密（一）AES加解密

持续更新中…

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信息安全（一）思维导图一、AES加解密

思维导图

一、AES加解密

1.概述

1.1 概念

（1）替代DES的新一代分组加密算法

（2）支持三种长度密钥：128、192、256位

1.2 加解密过程

1.2.1 分组加解密

（1）明文与密钥分组

（2）密钥组处理

（3）加密

（4）解密

1.2.2 4种操作

（1）AddRoundKey （轮密钥加）

（2）SubBytes（字节替代）

（3）ShiftRows（行移位）

（4）MixColumns （列混淆）

1.2.2 明文填充模式

1.3 Java实现

1.3.1 Java代码

1.3.2 执行结果

1.3.3线上验证

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