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Java 实现 AES 加密和解密完整示例

2023-10-16 15:45=蜗牛= Java教程

AES，全称为 Advanced Encryption Standard，是一种分组密码算法，用于保护敏感数据的传输和存储。在 Java 中，可以使用 javax.crypto 包中的 Cipher 类来实现 AES 加密和解密。

1、简介

AES，全称为 Advanced Encryption Standard，是一种分组密码算法，用于保护敏感数据的传输和存储。AES 分为 128 位和 256 位两种密钥长度，可以对数据进行加密和解密，保证数据的安全性和完整性。AES 主要应用于电子商务、移动支付、网络安全等领域，被广泛运用于现代社会的各个方面。AES 算法被设计为高度安全，可以在理论上保证其分组密码的安全性。然而，由于其复杂性和密钥长度，AES 算法的实现和应用也具有一定的技术难度。因此，在应用 AES算法时，需要注意加强密钥管理和安全性保障。

这个标准用来替代原先的 DES（Data Encryption Standard），已经被多方分析且广为全世界所使用。

AES 算法具有很多优点，例如快速、安全、可靠等。它可以加密大量数据，而不会因为加密过程中的数据量过大而变得缓慢。此外，AES 算法还支持块大小的自动调整，可以处理不同大小的数据块。

2、AES 加密模式

2.1、加密方式

ECB（Electronic Codebook）模式：这种模式是将整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。加密时，使用一个密钥，将明文中的每个字符与密钥中对应位置的字符进行异或运算，得到密文。

CBC（Cipher Block Chaining）模式：这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。加密时，使用一个密钥和一个初始化向量（IV），初始化向量是一个16字节的向量，包含了加密算法所需的所有信息。

CFB（Cipher Feedback）模式：这种模式是一种较为复杂的加密模式，它结合了CBC和CTR两种模式的优点。在CFB模式中，加密过程中使用一个密钥和一个随机生成的初始化向量（IV），然后对明文进行加密。在加密完成后，通过对明文进行非对称加密来生成密文的向量。随后，通过对密文进行反向操作，将密文的向量与明文的向量进行异或运算，得到解密所需的密钥。

需要注意的是，ECB、CBC、CFB等模式都是对称加密算法，加密和解密使用相同的密钥。在使用这些算法时，需要注意保护密钥的安全，避免被恶意获取。

2.2、安全性

ECB 不够安全，只适合于短数据的加密，而 CBC 和 CFB 相较于 ECB 更加安全，因为前一个密文块会影响当前明文块，使攻击者难以预测密文的结构。

2.3、速度

ECB 是最简单的加密方式，速度最快，但由于安全性差不建议使用，CBC 因为每个明文块都要与前一个密文块进行异或操作，比 ECB 要慢一些，CFB 因为需要反复加密和解密，速度可能会更慢。

总的来说，选择 AES 的算法模式需要根据加密需要的安全性和速度来进行选择，通常推荐使用CBC 或 CFB 模式，而不是 ECB 模式。

3、Java 实现完整示例

在 Java 中，可以使用 javax.crypto 包中的 Cipher 类来实现 AES 加密和解密。完整代码如下：

  1. package com.csdn.woniu.example; 
  2.  
  3. import javax.crypto.Cipher; 
  4. import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; 
  5. import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; 
  6. import java.nio.charset.StandardCharsets; 
  7. import java.util.Base64; 
  8. import java.util.Random; 
  9.  
  10. /** 
  11.  * <h1>AES 加密和解密示例代码</h1> 
  12.  * Created by woniu 
  13.  * */ 
  14. public class AESExample { 
  15.  
  16.     /** 加密模式之 ECB，算法/模式/补码方式 */ 
  17.     private static final String AES_ECB = "AES/ECB/PKCS5Padding"; 
  18.  
  19.     /** 加密模式之 CBC，算法/模式/补码方式 */ 
  20.     private static final String AES_CBC = "AES/CBC/PKCS5Padding"; 
  21.  
  22.     /** 加密模式之 CFB，算法/模式/补码方式 */ 
  23.     private static final String AES_CFB = "AES/CFB/PKCS5Padding"; 
  24.  
  25.     /** AES 中的 IV 必须是 16 字节（128位）长 */ 
  26.     private static final Integer IV_LENGTH = 16; 
  27.  
  28.     /*** 
  29.      * <h2>空校验</h2> 
  30.      * @param str 需要判断的值 
  31.      */ 
  32.     public static boolean isEmpty(Object str) { 
  33.         return null == str || "".equals(str); 
  34.     } 
  35.  
  36.     /*** 
  37.      * <h2>String 转 byte</h2> 
  38.      * @param str 需要转换的字符串 
  39.      */ 
  40.     public static byte[] getBytes(String str){ 
  41.         if (isEmpty(str)) { 
  42.             return null; 
  43.         } 
  44.  
  45.         try { 
  46.             return str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8); 
  47.         } catch (Exception e) { 
  48.             throw new RuntimeException(e); 
  49.         } 
  50.     } 
  51.  
  52.     /*** 
  53.      * <h2>初始化向量（IV），它是一个随机生成的字节数组，用于增加加密和解密的安全性</h2> 
  54.      */ 
  55.     public static String getIV(){ 
  56.         String str = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"; 
  57.         Random random = new Random(); 
  58.         StringBuffer sb = new StringBuffer(); 
  59.         for(int i = 0 ; i < IV_LENGTH ; i++){ 
  60.             int number = random.nextInt(str.length()); 
  61.             sb.append(str.charAt(number)); 
  62.         } 
  63.         return sb.toString(); 
  64.     } 
  65.  
  66.     /*** 
  67.      * <h2>获取一个 AES 密钥规范</h2> 
  68.      */ 
  69.     public static SecretKeySpec getSecretKeySpec(String key){ 
  70.         SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(getBytes(key), "AES"); 
  71.         return secretKeySpec; 
  72.     } 
  73.  
  74.     /** 
  75.      * <h2>加密 - 模式 ECB</h2> 
  76.      * @param text 需要加密的文本内容 
  77.      * @param key 加密的密钥 key 
  78.      * */ 
  79.     public static String encrypt(String text, String key){ 
  80.         if (isEmpty(text) || isEmpty(key)) { 
  81.             return null; 
  82.         } 
  83.  
  84.         try { 
  85.             // 创建AES加密器 
  86.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB); 
  87.  
  88.             SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key); 
  89.  
  90.             cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec); 
  91.  
  92.             // 加密字节数组 
  93.             byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(getBytes(text)); 
  94.  
  95.             // 将密文转换为 Base64 编码字符串 
  96.             return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes); 
  97.         } catch (Exception e) { 
  98.             throw new RuntimeException(e); 
  99.         } 
  100.     } 
  101.  
  102.     /** 
  103.      * <h2>解密 - 模式 ECB</h2> 
  104.      * @param text 需要解密的文本内容 
  105.      * @param key 解密的密钥 key 
  106.      * */ 
  107.     public static String decrypt(String text, String key){ 
  108.         if (isEmpty(text) || isEmpty(key)) { 
  109.             return null; 
  110.         } 
  111.  
  112.         // 将密文转换为16字节的字节数组 
  113.         byte[] textBytes = Base64.getDecoder().decode(text); 
  114.  
  115.         try { 
  116.             // 创建AES加密器 
  117.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB); 
  118.  
  119.             SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key); 
  120.  
  121.             cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec); 
  122.  
  123.             // 解密字节数组 
  124.             byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(textBytes); 
  125.  
  126.             // 将明文转换为字符串 
  127.             return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8); 
  128.         } catch (Exception e) { 
  129.             throw new RuntimeException(e); 
  130.         } 
  131.     } 
  132.  
  133.     /** 
  134.      * <h2>加密 - 自定义加密模式</h2> 
  135.      * @param text 需要加密的文本内容 
  136.      * @param key 加密的密钥 key 
  137.      * @param iv 初始化向量 
  138.      * @param mode 加密模式 
  139.      * */ 
  140.     public static String encrypt(String text, String key, String iv, String mode){ 
  141.         if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) { 
  142.             return null; 
  143.         } 
  144.  
  145.         try { 
  146.             // 创建AES加密器 
  147.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(mode); 
  148.  
  149.             SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key); 
  150.  
  151.             cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv))); 
  152.  
  153.             // 加密字节数组 
  154.             byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(getBytes(text)); 
  155.  
  156.             // 将密文转换为 Base64 编码字符串 
  157.             return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes); 
  158.         } catch (Exception e) { 
  159.             throw new RuntimeException(e); 
  160.         } 
  161.     } 
  162.  
  163.     /** 
  164.      * <h2>解密 - 自定义加密模式</h2> 
  165.      * @param text 需要解密的文本内容 
  166.      * @param key 解密的密钥 key 
  167.      * @param iv 初始化向量 
  168.      * @param mode 加密模式 
  169.      * */ 
  170.     public static String decrypt(String text, String key, String iv, String mode){ 
  171.         if (isEmpty(text) || isEmpty(key) || isEmpty(iv)) { 
  172.             return null; 
  173.         } 
  174.  
  175.         // 将密文转换为16字节的字节数组 
  176.         byte[] textBytes = Base64.getDecoder().decode(text); 
  177.  
  178.         try { 
  179.             // 创建AES加密器 
  180.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(mode); 
  181.  
  182.             SecretKeySpec secretKeySpec = getSecretKeySpec(key); 
  183.  
  184.             cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, new IvParameterSpec(getBytes(iv))); 
  185.  
  186.             // 解密字节数组 
  187.             byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(textBytes); 
  188.  
  189.             // 将明文转换为字符串 
  190.             return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8); 
  191.         } catch (Exception e) { 
  192.             throw new RuntimeException(e); 
  193.         } 
  194.     } 
  195.  
  196.     public static void main(String[] args) { 
  197.         String text = "嗨，您好！"; 
  198.         String key  = "woniucsdnvip8888"; // 16字节的密钥 
  199.         String iv  = getIV(); 
  200.  
  201.         String encryptTextEBC = encrypt(text, key); 
  202.         System.out.println("EBC 加密后内容：" + encryptTextEBC); 
  203.         System.out.println("EBC 解密后内容：" + decrypt(encryptTextEBC, key)); 
  204.         System.out.println(); 
  205.  
  206.  
  207.         String encryptTextCBC = encrypt(text, key, iv, AES_CBC); 
  208.         System.out.println("CBC 加密IV：" + iv); 
  209.         System.out.println("CBC 加密后内容：" + encryptTextCBC); 
  210.         System.out.println("CBC 解密后内容：" + decrypt(encryptTextCBC, key, iv, AES_CBC)); 
  211.         System.out.println(); 
  212.  
  213.         String encryptTextCFB = encrypt(text, key, iv, AES_CFB); 
  214.         System.out.println("CFB 加密IV：" + iv); 
  215.         System.out.println("CFB 加密后内容：" + encryptTextCFB); 
  216.         System.out.println("CFB 解密后内容：" + decrypt(encryptTextCFB, key, iv, AES_CFB)); 
  217.  
  218.     } 
  219. } 

运行结果如下：

EBC 加密后内容：Nc6r9GcghANVXeAek8OQAg==
EBC 解密后内容：嗨，您好！

CBC 加密IV：sIVxRsEWgAHNNLYo
CBC 加密后内容：515S8VG52TqbhUwB1T9DiA==
CBC 解密后内容：嗨，您好！

CFB 加密IV：sIVxRsEWgAHNNLYo
CFB 加密后内容：C3MNkL3f4be9hwkrA0VsNg==
CFB 解密后内容：嗨，您好！
本文教程到此结束，祝愿小伙伴们在编程之旅中能够愉快地探索、学习、成长！

到此这篇关于Java 实现 AES 加密和解密完整示例的文章就介绍到这了,更多相关内容请搜索服务器之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持服务器之家！

原文地址：https://blog.csdn.net/u011374856/article/details/130635405

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