Java平台AES加密

简介:

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。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。

严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支持更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256比特为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。
大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。
AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：
AddRoundKey — 矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
SubBytes — 通过个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
ShiftRows — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
MixColumns — 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。
最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。

直接上代码:

基础类:

package com.yancey.test;

import java.security.MessageDigest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.Mac;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;

/**
 * 基础加密组件
 * 
 * @author 梁栋
 * @version 1.0
 * @since 1.0
 */
public abstract class Coder {
	public static final String KEY_SHA = "SHA";
	public static final String KEY_MD5 = "MD5";

	/**
	 * MAC算法可选以下多种算法
	 * 
	 * <pre>
	 * HmacMD5 
	 * HmacSHA1 
	 * HmacSHA256 
	 * HmacSHA384 
	 * HmacSHA512
	 * </pre>
	 */
	public static final String KEY_MAC = "HmacMD5";

	/**
	 * BASE64解密
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] decryptBASE64(String key) throws Exception {
		return (new BASE64Decoder()).decodeBuffer(key);
	}

	/**
	 * BASE64加密
	 * 
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String encryptBASE64(byte[] key) throws Exception {
		return (new BASE64Encoder()).encodeBuffer(key);
	}

	/**
	 * MD5加密
	 * 
	 * @param data
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptMD5(byte[] data) throws Exception {

		MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance(KEY_MD5);
		md5.update(data);

		return md5.digest();

	}

	/**
	 * SHA加密
	 * 
	 * @param data
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptSHA(byte[] data) throws Exception {

		MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(KEY_SHA);
		sha.update(data);

		return sha.digest();

	}

	/**
	 * 初始化HMAC密钥
	 * 
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static String initMacKey() throws Exception {
		KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_MAC);

		SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
		return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
	}

	/**
	 * HMAC加密
	 * 
	 * @param data
	 * @param key
	 * @return
	 * @throws Exception
	 */
	public static byte[] encryptHMAC(byte[] data, String key) throws Exception {

		SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(decryptBASE64(key), KEY_MAC);
		Mac mac = Mac.getInstance(secretKey.getAlgorithm());
		mac.init(secretKey);

		return mac.doFinal(data);

	}
}

AES工具类

package com.yancey.test;

import java.security.Key;
import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

/** 
 * DES安全编码组件 
 *  
 * <pre> 
 * 支持 DES、DESede(TripleDES,就是3DES)、AES、Blowfish、RC2、RC4(ARCFOUR) 
 * DES                  key size must be equal to 56 
 * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
 * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
 * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
 * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
 * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
 * 具体内容 需要关注 JDK Document http://.../docs/technotes/guides/security/SunProviders.html 
 * </pre> 
 *  
 * @author 梁栋 
 * @version 1.0 
 * @since 1.0 
 */
public abstract class AESCoder extends Coder {
	/** 
	 * ALGORITHM 算法 <br> 
	 * 可替换为以下任意一种算法，同时key值的size相应改变。 
	 *  
	 * <pre> 
	 * DES                  key size must be equal to 56 
	 * DESede(TripleDES)    key size must be equal to 112 or 168 
	 * AES                  key size must be equal to 128, 192 or 256,but 192 and 256 bits may not be available 
	 * Blowfish             key size must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive) 
	 * RC2                  key size must be between 40 and 1024 bits 
	 * RC4(ARCFOUR)         key size must be between 40 and 1024 bits 
	 * </pre> 
	 *  
	 * 在Key toKey(byte[] key)方法中使用下述代码 
	 * <code>SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);</code> 替换 
	 * <code> 
	 * DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key); 
	 * SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM); 
	 * SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(dks); 
	 * </code> 
	 */
	public static final String ALGORITHM = "AES";

	/** 
	 * 转换密钥<br> 
	 *  
	 * @param key 
	 * @return 
	 * @throws Exception 
	 */
	private static Key toKey(byte[] key) throws Exception {
		SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
		return secretKey;
	}

	/** 
	 * 解密 
	 *  
	 * @param data 
	 * @param key 
	 * @return 
	 * @throws Exception 
	 */
	public static byte[] decrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));

		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/** 
	 * 加密 
	 *  
	 * @param data 
	 * @param key 
	 * @return 
	 * @throws Exception 
	 */
	public static byte[] encrypt(byte[] data, String key) throws Exception {
		Key k = toKey(decryptBASE64(key));
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k);

		return cipher.doFinal(data);
	}

	/** 
	 * 生成密钥 
	 *  
	 * @return 
	 * @throws Exception 
	 */
	public static String initKey() throws Exception {
		return initKey(null);
	}

	/** 
	 * 生成密钥 
	 *  
	 * @param seed 
	 * @return 
	 * @throws Exception 
	 */
	public static String initKey(String seed) throws Exception {
		SecureRandom secureRandom = null;

		if (seed != null) {
			// 根据字节数组生成秘钥
			secureRandom = new SecureRandom(decryptBASE64(seed));
		} else {
			// DES算法要求有一个可信任的随机数源
			secureRandom = new SecureRandom();
		}

		KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
		kg.init(secureRandom);

		SecretKey secretKey = kg.generateKey();

		return encryptBASE64(secretKey.getEncoded());
	}
}

AES测试类:

package com.yancey.test;

/** 
 *  
 * @author 梁栋 
 * @version 1.0 
 * @since 1.0 
 */
public class AESCoderTest {

	public static void main(String[] args) throws Exception {

		String inputStr = "AES";
		// 初始化秘钥
//		String key = AESCoder.initKey();//随机生成秘钥
		String key = AESCoder.initKey("哈哈哈呵呵呵");// 固定生成秘钥
		System.err.println("原文:\t" + inputStr);
		System.err.println("密钥:\t" + key);

		// 加密
		byte[] inputData = inputStr.getBytes();
		inputData = AESCoder.encrypt(inputData, key);
		System.err.println("加密后:\t" + AESCoder.encryptBASE64(inputData));

		// 解密
		byte[] outputData = AESCoder.decrypt(inputData, key);
		String outputStr = new String(outputData);
		System.err.println("解密后:\t" + outputStr);

		//
//		assertEquals(inputStr, outputStr);
		System.err.println("验证AES对于同一内容，同一密钥加密是否一致" + inputStr.equals(outputStr));
	}
}

测试结果:

原文: AES
密钥: L0k/+PWVm4qtt3qjHBB9IA==

加密后: hSeCSee/8wfzUBe0tFJ6ZQ==

解密后: AES
验证AES对于同一内容，同一密钥加密是否一致true

参考:

java加密与解密的艺术http://snowolf.iteye.com/blog/380034