java学习-AES加解密之AES-128-CBC算法 AES加密的四种模式详解

AES算法简介

AES是一种对称加密算法，或称分组对称加密算法。  是Advanced Encryption Standard高级加密标准，简称AES

AES的基本要求是，采用对称分组密码体制。分组密码算法通常由密钥扩展算法和加密（解密）算法两部分组成

AES加密数据块分组长度必须为128比特（bit位），密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。

128位数据块，16byte字节的数据为一组，192位，24字节数据为一组。256位，32字节数据为一组

 

AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下(大概知道步骤就好吧，不想太深入研究)：

1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），

每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

AES加密算法有多种加密模式：

1.电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）；2.密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）；

3.计算器模式（Counter (CTR)）；4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）；5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）。

ECB：将明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密。

优点:

1.简单；

2.有利于并行计算；

3.误差不会被传送；

缺点:

1.不能隐藏明文的模式；

2.可能对明文进行主动攻击；

CBC：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。

优点：

1.不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。

缺点：

1.不利于并行计算；

2.误差传递；

3.需要初始化向量IV

 参考链接：AES加密的四种模式详解

 AES加密明文数据的5种填充模式

这些都属于字节填充

　　PKCS7Padding（PKCS#7），PKCS5Padding（PKCS#5），Zero padding，ISO 10126 ， ANSI X.923

例如，现在数据128位数据块方式进行加密，即16字节数据，，，现在有字符串String encryptedStr = "012345678912"

　　note:由于utf-8下汉字字节长度是可变的，所以直接使用英文或数字字符串举例。

上面数据的字符串长度为12字节，还需要补充4字节数据。

ANSIX923是最后一个字节数据为所缺字节的数进行填充，其余填0。上面需要补充4字节数据，所以最后一字节填4，其余3字节都填0

ISO10126则是最后一字节填4，剩余的都填0，

PKCS#7 是在填充字节上都填相同的数据，上面数据缺少4字节，所以所有字节上都填4

　　如果缺少10字节，则在补充的10字节数据上都填a

ANSI X.923：... | DD DD DD DD DD DD DD DD | DD DD DD DD （00 00 00 04）|【除了最后字节，其他填0】

ISO 10126：.... | DD DD DD DD DD DD DD DD | DD DD DD DD （81 A6 23 04）|【除了最后字节，其他随机】

PKCS7（Rfc3852) | DD DD DD DD DD DD DD DD | DD DD DD DD （04 04 04 04）

模式说明：（不完整）
算法/模式/填充                16字节加密后数据长度        不满16字节加密后长度
AES/CBC/NoPadding             16                          不支持
AES/CBC/PKCS5Padding          32                          16
AES/CBC/ISO10126Padding       32                          16
AES/CFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/CFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/CFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/ECB/NoPadding             16                          不支持
AES/ECB/PKCS5Padding          32                          16
AES/ECB/ISO10126Padding       32                          16
AES/OFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/OFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/OFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/PCBC/NoPadding            16                          不支持
AES/PCBC/PKCS5Padding         32                          16
AES/PCBC/ISO10126Padding      32                          16

AES-128-CBC加密解密算法 

　　这个是使用AES加密算法的CBC模式，使用128位数据块为一组进行加密解密，

即16字节明文，对应16字节密文，，明文加密时，如果数据不够16字节，则会将数据补全剩余字节

• 若最后剩余的明文不够16字节，需要进行填充，通常采用PKCS7进行填充。比如最后缺3个字节，则填充3个字节的0x03;若最后缺10个字节，则填充10个字节的0x0a;

• 若明文正好是16个字节的整数倍，最后要再加入一个16字节0x10的组再进行加密

 加密时需要的参数

1、传入要加密的明文
2、传入一个16字节的key
3、传入一个16字节的初始偏移向量IV



用初始向量和密钥加密第一组数据，然后把第一组数据加密后的密文重新赋值给IV，然后进行第二组加密，循环进行直到结束

解密时需要参数

1、带解密的密文
2、加密解密的key一致
3、跟加密时传递IV参数一致

 AES加密解密类

需要额外的jar包bcprov-jdk16-1.46-sources.jar

可添加依赖

<dependency>
            <groupId>org.bouncycastle</groupId>
            <artifactId>bcprov-jdk16</artifactId>
            <version>1.46</version>
        </dependency>

AES.java

import java.security.AlgorithmParameters;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchProviderException;
import java.security.Security;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;

public class AES {

    //加密方式
    public static String KEY_ALGORITHM = "AES";
    //数据填充方式
    String algorithmStr = "AES/CBC/PKCS7Padding";
    //避免重复new生成多个BouncyCastleProvider对象，因为GC回收不了，会造成内存溢出
    //只在第一次调用decrypt()方法时才new 对象
    public static boolean initialized = false;

    /**
     * 
     * @param originalContent
     * @param encryptKey
     * @param ivByte
     * @return
     */
    public byte[] encrypt(byte[] originalContent, byte[] encryptKey, byte[] ivByte) {
        initialize();
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(encryptKey, "AES");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, new IvParameterSpec(ivByte));
            byte[] encrypted = cipher.doFinal(originalContent);
            return encrypted;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * AES解密
     * 填充模式AES/CBC/PKCS7Padding
     * 解密模式128
     * @param content
     *            目标密文
     * @return
     * @throws Exception 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws NoSuchProviderException
     */
    public byte[] decrypt(byte[] content, byte[] aesKey, byte[] ivByte) {
        initialize();
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS7Padding");
            Key sKeySpec = new SecretKeySpec(aesKey, "AES");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, sKeySpec, generateIV(ivByte));// 初始化
            byte[] result = cipher.doFinal(content);
            return result;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**BouncyCastle作为安全提供，防止我们加密解密时候因为jdk内置的不支持改模式运行报错。**/
    public static void initialize() {
        if (initialized)
            return;
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        initialized = true;
    }

    // 生成iv
    public static AlgorithmParameters generateIV(byte[] iv) throws Exception {
        AlgorithmParameters params = AlgorithmParameters.getInstance("AES");
        params.init(new IvParameterSpec(iv));
        return params;
    }
}

另一种加密算法DES

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。

其中Key为7个字节共56位，是DES算法的工作密钥；

Data为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；

Mode为DES的工作方式,有两种:加密或解密。