常用的对称加密算法

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前言

随着互联网的飞速发展，信息安全变得尤为重要，在这里我给大家介绍几种常用的对称加密算法以及AES算法不同模式的使用案例。

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一、对称加密算法简介

对称加密算法就是传统的用一个密钥进行加密和解密。例如：我们常用的WinZip和WinRAR对压缩包的加密和解密，就是使用的对称加密算法。

特点：算法公开，计算量小，加密速度快，加密效率搞。
不足点：交易双方都使用相同的钥匙，安全性得不到保证。

1. 对称加密时加密/解密都必须使用相同的密钥
2. 明文：指没有任何经过加密的信息
3. 加密算法：对明文进行替换，变形等操作的步骤规则
4. 密钥：明文转换成密文或将密文转换成明文的算法中输入的参数
5. 密文：明文经过加密算法处理后的输出
6. 解密算法：加密算法的逆向操作

在软件开发中，常见的对称加密算法有：

算法	密钥长度	工作模式	填充模式
DES	54/64	ECB/CBC/PCBC/CTR/…	NoPadding/PKCS5Padding
AES	128/192/256	ECB/CBC/PCBC/CTR/…	NoPadding/PKCS5Padding/PKCS7Padding
IDEA	128	ECB	PKCS5Padding/PKCS7Padding

密钥长度直接决定加密的强度，而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。
最后，值得注意的是，DES算法因密钥太短，很容易被破解，所以现在已经不安全不怎么使用了。

二、AES加密

AES加密是目前应用最广泛的加密算法。比较常用的工作模式是ECB和CBC

1.ECB模式

最基本的加密模式，也就是通常理解的加密，相同的明文将永远加密成相同的密文，无初始向量，容易受到密码本重放攻击，一般情况下很少用。

使用ECB模式代码如下：

// AES + ECB
public class Work01 {
	public static void main(String[] args) throws GeneralSecurityException {
		// 原文:
		String message = "天王盖地虎";
		System.out.println("Message(原始信息): " + message);

		// 128位密钥 = 16 bytes Key:
		byte[] key = "1234567890abcdef".getBytes();

		// 加密:
		byte[] data = message.getBytes();
		byte[] encrypted = encrypt(key, data);
		System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));

		// 解密:
		byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
		System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));
	}

	// 加密:
	public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		// 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		// 初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_
		cipher.init(cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
		// 根据原始内容(字节),进行加密
		return cipher.doFinal(input);
	}

	// 解密:
	public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 创建密码对象，需要传入算法/工作模式/填充模式
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
		// 根据key的字节内容，"恢复"秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		// 初始化秘钥:设置解密模式DECRYPT_MODE
		cipher.init(cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
		// 根据原始内容(字节),进行解密
		return cipher.doFinal(input);
	}
}

我自己定义了两个静态方法封装加密和解密的过程，要使用AES加密算法的ECB模式，得先通过Cipher.getInstance(“AES/ECB/PKCS5Padding”)方法传入算法，工作模式和填充模式参数，得到Cipher对象，
再通过SecretKey构造方法传入key和算法，得到keySpec对象，再用Cipher.init()方法初始化密钥，其中是加密还是解密就体现在Cipher.init()方法中第一个参数传入的是cipher.ENCRYPT_MODE还是cipher.DECRYPT_MODE，最终返回cipher.doFinal（input）方法，参数是要加密内容的字节数组。

注意：密钥必须是16个字节，在实际运用中不会写死密钥。

运行结果如图：
（由于我打印的加密内容做了Bease64编码转成字符串，所以打印出来的不是字节数组。）

2.CBC模式

CBC模式相较于ECB模式更安全，它需要一个随机数作为IV参数，这样对于同一份明文，每次输出都会有不同的密文。
使用CBC模式的代码如下：

//AES + CBC
public class Work02 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// 原文:
		String message = "天王盖地虎";
		System.out.println("Message(原始信息): " + message);

		// 256位密钥 = 32 bytes Key:
		byte[] key = "123456789qwertyuiopasdfghjklzxcv".getBytes();

		// 加密:
		byte[] data = message.getBytes();
		byte[] encrypted = encrypt(key, data);
		System.out.println("Encrypted(加密内容): " + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));

		// 解密:
		byte[] decrypted = decrypt(key, encrypted);
		System.out.println("Decrypted(解密内容): " + new String(decrypted));
	}

	// 加密:
	@SuppressWarnings("static-access")
	public static byte[] encrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 设置算法/工作模式CBC/填充
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");

		// 恢复秘钥对象
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		// CBC模式需要生成一个16 bytes的initialization vector:
		SecureRandom sr = SecureRandom.getInstanceStrong();
		byte[] iv = sr.generateSeed(16);
		System.out.println("生成的iv字节数组" + Arrays.toString(iv));
		IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);
		// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
		cipher.init(cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivps);
		// 加密
		byte[] data = cipher.doFinal(input);
		// IV不需要保密，把IV和密文一起返回:
		return join(iv, data);
	}

	// 解密:
	public static byte[] decrypt(byte[] key, byte[] input) throws GeneralSecurityException {
		// 把input分割成IV和密文:
		byte[] iv = new byte[16];
		byte[] data = new byte[input.length - 16];
		
		System.arraycopy(input, 0, iv, 0, 16);
		System.arraycopy(input, 16, data, 0, data.length);
		System.out.println("解密后的iv字节数组" + Arrays.toString(iv));
		// 解密:
		Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
		IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);
		SecretKey keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
		// 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivps);
		// 解密操作
		return cipher.doFinal(data);
	}

	// 合并数组
	public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
		byte[] ret = new byte[bs1.length + bs2.length];
		System.arraycopy(bs1, 0, ret, 0, bs1.length);
		System.arraycopy(bs2, 0, ret, bs1.length, bs2.length);
		return ret;
	}
}

观察代码可以发现，与ECB模式不同的地方在于，加密时多生成了一个固定长度为16个字节的SecureRandom随机数iv，iv作为参数生成了IvParameterSpec对象ivps，在初始化时cipher.init（）方法第三个参数放入了ivps。为了解码方便，我还写了一个join（）方法，将iv的字节数组和加密后的字节数组合并，由于iv的字节数组长度是固定的，这样在解码时，可以很轻松的提取到加密时使用的iv和加密的字节数组，最终达成解密的效果。
运行结果如图：

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总结

以上就是对称加密算法的基本内容了，我简单介绍了几种常用对称加密算法，以及AES算法不同模式的使用案例。