Java AES 加密算法实现与模式详解

Java AES 加密算法实现与模式详解

import java.util.Arrays;  
import javax.crypto.Cipher;  
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;  
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.shiro.codec.Hex;  

/** 
 * AES 算法 对称加密，密码学中的高级加密标准 2005 年成为有效标准  
 */  
public class AES {  
    static Cipher cipher;  
    static final String KEY_ALGORITHM = "AES";  
    static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "AES/ECB/PKCS5Padding";  
    /* 
     *  
     */  
    static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "AES/CBC/PKCS5Padding";  
    /*  
     * AES/CBC/NoPadding 要求 
     * 密钥必须是 16 位的；Initialization vector (IV) 必须是 16 位 
     * 待加密内容的长度必须是 16 的倍数，如果不是 16 的倍数，就会出如下异常： 
     * javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Input length not multiple of 16 bytes 
     *  
     *  由于固定了位数，所以对于被加密数据有中文的，加、解密不完整 
     *   
     *  可 以看到，在原始数据长度为 16 的整数 n 倍时，假如原始数据长度等于 16*n，则使用 NoPadding 时加密后数据长度等于 16*n， 
     *  其它情况下加密数据长 度等于 16*(n+1)。在不足 16 的整数倍的情况下，假如原始数据长度等于 16*n+m[其中 m 小于 16]， 
     *  除了 NoPadding 填充之外的任何方 式，加密数据长度都等于 16*(n+1). 
     */  
    static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_NoPadding = "AES/CBC/NoPadding";   
          
    static SecretKey secretKey;  
            
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        //testAES("qwertyu");   
    }  
        
    /** 
     * 使用 AES 算法 加密，默认模式  AES/ECB 
     */  
    static void method1(String str) throws Exception {  
        cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM);  
        //KeyGenerator 生成 aes 算法密钥  
        secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey();  
        System.out.println("服务器端生成密钥的为：" + secretKey.getEncoded());  
        byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();
        
        
        //客户端通过密钥进行加密数据
        secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, KEY_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);//使用加密模式初始化 密钥  
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。  
        System.out.println("客户端加密后：" + Arrays.toString(encrypt));  
        
        //服务器端解密
        secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, KEY_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);//使用解密模式初始化 密钥  
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);  
        System.out.println("服务器端解密后：" + new String(decrypt));  
          
    }  
    
    /**
     * 实战场景：客户端发送加密数据，服务端解密数据
     * @param content
     * @throws Exception
     */
    public static void testAES(String content) throws Exception {
	//服务器端生成密钥
	Cipher serverCiper = Cipher.getInstance("AES");
	SecretKey serverSecretKey = KeyGenerator.getInstance("AES").generateKey();
	byte[] keyBytes = serverSecretKey.getEncoded();
	String keyStr = Hex.encodeToString(keyBytes);//密钥给到客户端
	System.out.println("密钥为："+keyStr);
	
	//客户端加密数据发送到服务端
	SecretKey clientSecretKey = new SecretKeySpec(Hex.decode(keyStr), "AES");
	Cipher clientCiper = Cipher.getInstance("AES");
	clientCiper.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, clientSecretKey);
	String encryptStr = Hex.encodeToString(clientCiper.doFinal(content.getBytes()));
	System.out.println("客户端加密后数据："+encryptStr);
	
	//服务器接收到客户端数据进行解密
	serverCiper.init(Cipher.DECRYPT_MODE, serverSecretKey);
	byte[] decodeBytes = serverCiper.doFinal(Hex.decode(encryptStr));
        System.out.println("服务器解密后数据："+new String(decodeBytes));
	
    }
      
    /** 
     * 使用 AES 算法 加密，默认模式 AES/ECB/PKCS5Padding 
     */  
    static void method2(String str) throws Exception {  
        cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB);  
        //KeyGenerator 生成 aes 算法密钥  
        secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey();  
        System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length);  
          
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);//使用加密模式初始化 密钥  
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。  
          
        System.out.println("method2-加密：" + Arrays.toString(encrypt));  
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);//使用解密模式初始化 密钥  
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);  
        System.out.println("method2-解密后：" + new String(decrypt));  
          
    }  
      
    static byte[] getIV() {  
        String iv = "1234567812345678"; //IV length: must be 16 bytes long  
        return iv.getBytes();  
    }  
      
    /** 
     * 使用 AES 算法 加密，默认模式 AES/CBC/PKCS5Padding 
     */  
    static void method3(String str) throws Exception {  
        cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC);  
        //KeyGenerator 生成 aes 算法密钥  
        secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey();  
        System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length);  
          
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用加密模式初始化 密钥  
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。  
          
        System.out.println("method3-加密：" + Arrays.toString(encrypt));  
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用解密模式初始化 密钥  
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);  
        System.out.println("method3-解密后：" + new String(decrypt));  
          
    }  
      
    /** 
     * 使用 AES 算法 加密，默认模式 AES/CBC/NoPadding  参见上面对于这种 mode 的数据限制 
     */  
    static void method4(String str) throws Exception {  
        cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC_NoPadding);  
        //KeyGenerator 生成 aes 算法密钥  
        secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey();  
        System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length);  
          
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用加密模式初始化 密钥  
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes(), 0, str.length()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。  
          
        System.out.println("method4-加密：" + Arrays.toString(encrypt));  
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用解密模式初始化 密钥  
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);  
          
        System.out.println("method4-解密后：" + new String(decrypt));  
          
    }  
      
}