加密算法之DES/AES

于 2015-11-21 23:10:55 发布
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分类专栏： 信息安全
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本文介绍了对称加密算法DES和AES。DES是一种使用56位密钥的对称加密算法，由于安全性较低已被AES取代。AES是目前最流行的对称加密算法，支持128、192和256位密钥。文章提供了Java实现AES加密解密的代码示例，包括二进制与16进制之间的转换方法。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

加密算法根据密钥分类上来说可以分为对称加密和非对称加密两类，对称加密的意思是加密和解密都是一个密钥，如DES，非对称加密就是加密和解密的密钥不是一个，典型的如RSA，公钥加密私钥解密或者私钥加密公钥解密，这里要介绍的就是对称加密的DES。

参考百科的解释：

DES全程Data Encryption Standard，从字面意思上来说即是数据加密标准，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。

以下是一个实例：

package com.java.algorithm.encrypt;

import java.io.IOException;
import java.security.SecureRandom;
 
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
 
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
 
public class DesUtil {
 
    private final static String DES = "DES";
 
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String data = "123 456";
        String key = "wang!@#$%";
        System.err.println(encrypt(data, key));
        System.err.println(decrypt(encrypt(data, key), key));
 
    }
     
    /**
     * Description 根据键值进行加密
     * @param data 
     * @param key  加密键byte数组
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String encrypt(String data, String key) throws Exception {
        byte[] bt = encrypt(data.getBytes(), key.getBytes());
        String strs = new BASE64Encoder().encode(bt);
        return strs;
    }
 
    /**
     * Description 根据键值进行解密
     * @param data
     * @param key  加密键byte数组
     * @return
     * @throws IOException
     * @throws Exception
     */
    public static String decrypt(String data, String key) throws IOException,
            Exception {
        if (data == null)
            return null;
        BASE64Decoder decoder = new BASE64Decoder();
        byte[] buf = decoder.decodeBuffer(data);
        byte[] bt = decrypt(buf,key.getBytes());
        return new String(bt);
    }
 
    /**
     * Description 根据键值进行加密
     * @param data
     * @param key  加密键byte数组
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 生成一个可信任的随机数源
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
 
        // 从原始密钥数据创建DESKeySpec对象
        DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
 
        // 创建一个密钥工厂，然后用它把DESKeySpec转换成SecretKey对象
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES);
        SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(dks);
 
        // Cipher对象实际完成加密操作
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DES);
 
        // 用密钥初始化Cipher对象
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, sr);
 
        return cipher.doFinal(data);
    }
     
     
    /**
     * Description 根据键值进行解密
     * @param data
     * @param key  加密键byte数组
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        // 生成一个可信任的随机数源
        SecureRandom sr = new SecureRandom();
 
        // 从原始密钥数据创建DESKeySpec对象
        DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key);
 
        // 创建一个密钥工厂，然后用它把DESKeySpec转换成SecretKey对象
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES);
        SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(dks);
 
        // Cipher对象实际完成解密操作
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DES);
 
        // 用密钥初始化Cipher对象
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey, sr);
 
        return cipher.doFinal(data);
    }
}
DES的java接口十分简单，网上随便一搜就有了，一个不是搞研究的人也不用去深究其底层的实现原理，原理简单来讲就是讲数据的按位置做迭代置换，最后生成密文。

近些年DES使用越来越少，原因就在于其使用56位密钥，比较容易被破解，近些年来逐渐被AES替代，AES已经变成目前对称加密中最流行算法之一；AES可以使用128、192、和256位密钥，并且用128位分组加密和解密数据。本文就简单介绍如何通过JAVA实现AES加密。

作为DES的继任者，AES（Advanced Encryption Standard）在密码学中又称Rijndael加密法，这个标准用来替代原先的DES，2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

下面是实例代码：

package com.java.algorithm.encrypt;

import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AesUtil {
	/**
	 * 加密
	 * 
	 * @param content
	 *            需要加密的内容
	 * @param password
	 *            加密密码
	 * @return
	 */
	public static byte[] encrypt(String content, String password) {
		try {
			KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
			kgen.init(128, new SecureRandom(password.getBytes()));
			SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
			byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
			Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");// 创建密码器
			byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");
			cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);// 初始化
			byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);
			return result; // 加密
		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (NoSuchPaddingException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (InvalidKeyException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (UnsupportedEncodingException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IllegalBlockSizeException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (BadPaddingException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return null;
	}

	/**
	 * 解密
	 * 
	 * @param content
	 *            待解密内容
	 * @param password
	 *            解密密钥
	 * @return
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] content, String password) {
		try {
			KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
			kgen.init(128, new SecureRandom(password.getBytes()));
			SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
			byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
			SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
			Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");// 创建密码器
			cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);// 初始化
			byte[] result = cipher.doFinal(content);
			return result; // 加密
		} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (NoSuchPaddingException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (InvalidKeyException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IllegalBlockSizeException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (BadPaddingException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return null;
	}
	public static void main(String[] args) {
		String content = "test";  
		String password = "12345678";  
		//加密   
		System.out.println("加密前：" + content);  
		byte[] encryptResult = encrypt(content, password);  
		//解密   
		byte[] decryptResult = decrypt(encryptResult,password);  
		System.out.println("解密后：" + new String(decryptResult));  
	}
}
陷阱：

但是如果我们将测试代码修改一下，如下：
  1. String content = "test";  
  2. String password = "12345678";  
  3. //加密   
  4. System.out.println("加密前：" + content);  
  5. byte[] encryptResult = encrypt(content, password);  
  6. try {  
  7.         String encryptResultStr = new String(encryptResult,"utf-8");  
  8.         //解密   
  9.         byte[] decryptResult = decrypt(encryptResultStr.getBytes("utf-8"),password);  
  10.         System.out.println("解密后：" + new String(decryptResult));  
  11. } catch (UnsupportedEncodingException e) {  
  12.         e.printStackTrace();  
  13. }  
则，系统会报出如下异常：
javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Input length must be multiple of 16 when decrypting with padded cipher
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.AESCipher.engineDoFinal(DashoA13*..)
        at javax.crypto.Cipher.doFinal(DashoA13*..)
这主要是因为加密后的byte数组是不能强制转换成字符串的，换言之：字符串和byte数组在这种情况下不是互逆的；要避免这种情况，我们需要做一些修订，可以考虑将二进制数据转换成十六进制表示，主要有如下两个方法：
2.4.1将二进制转换成16进制
  1. /**将二进制转换成16进制 
  2.  * @param buf 
  3.  * @return 
  4.  */  
  5. public static String parseByte2HexStr(byte buf[]) {  
  6.         StringBuffer sb = new StringBuffer();  
  7.         for (int i = 0; i < buf.length; i++) {  
  8.                 String hex = Integer.toHexString(buf[i] & 0xFF);  
  9.                 if (hex.length() == 1) {  
  10.                         hex = '0' + hex;  
  11.                 }  
  12.                 sb.append(hex.toUpperCase());  
  13.         }  
  14.         return sb.toString();  
  15. }  
2.4.2 将16进制转换为二进制
  1. /**将16进制转换为二进制 
  2.  * @param hexStr 
  3.  * @return 
  4.  */  
  5. public static byte[] parseHexStr2Byte(String hexStr) {  
  6.         if (hexStr.length() < 1)  
  7.                 return null;  
  8.         byte[] result = new byte[hexStr.length()/2];  
  9.         for (int i = 0;i< hexStr.length()/2; i++) {  
  10.                 int high = Integer.parseInt(hexStr.substring(i*2, i*2+1), 16);  
  11.                 int low = Integer.parseInt(hexStr.substring(i*2+1, i*2+2), 16);  
  12.                 result[i] = (byte) (high * 16 + low);  
  13.         }  
  14.         return result;  
  15. }  
然后，我们再修订以上测试代码，如下：
  1. String content = "test";  
  2. String password = "12345678";  
  3. //加密   
  4. System.out.println("加密前：" + content);  
  5. byte[] encryptResult = encrypt(content, password);  
  6. String encryptResultStr = parseByte2HexStr(encryptResult);  
  7. System.out.println("加密后：" + encryptResultStr);  
  8. //解密   
  9. byte[] decryptFrom = parseHexStr2Byte(encryptResultStr);  
  10. byte[] decryptResult = decrypt(decryptFrom,password);  
  11. System.out.println("解密后：" + new String(decryptResult));  
测试结果如下：
加密前：test
加密后：73C58BAFE578C59366D8C995CD0B9D6D
解密后：test
 

2.5 另外一种加密方式

还有一种加密方式，大家可以参考如下：
  1. /** 
  2.       * 加密 
  3.       * 
  4.       * @param content 需要加密的内容 
  5.       * @param password  加密密码 
  6.       * @return 
  7.       */  
  8.      public static byte[] encrypt2(String content, String password) {  
  9.              try {  
  10.                      SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES");  
  11.                      Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/NoPadding");  
  12.                      byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");  
  13.                      cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);// 初始化   
  14.                      byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);  
  15.                      return result; // 加密   
  16.              } catch (NoSuchAlgorithmException e) {  
  17.                      e.printStackTrace();  
  18.              } catch (NoSuchPaddingException e) {  
  19.                      e.printStackTrace();  
  20.              } catch (InvalidKeyException e) {  
  21.                      e.printStackTrace();  
  22.              } catch (UnsupportedEncodingException e) {  
  23.                      e.printStackTrace();  
  24.              } catch (IllegalBlockSizeException e) {  
  25.                      e.printStackTrace();  
  26.              } catch (BadPaddingException e) {  
  27.                      e.printStackTrace();  
  28.              }  
  29.              return null;  
  30.      }  
这种加密方式有两种限制
  • 密钥必须是16位的
  • 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
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.a(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.SunJCE_f.b(DashoA13*..)
        at com.sun.crypto.provider.AESCipher.engineDoFinal(DashoA13*..)
        at javax.crypto.Cipher.doFinal(DashoA13*..)
要解决如上异常，可以通过补全传入加密内容等方式进行避免。





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