分组加密(ECB、CBC、CFB、OFB)实现(Java)

基本介绍

分组密码，也叫块加密(block cyphers)，一次加密明文中的一个块。将明文按一定的位长分组，明文组经过加密运算得到密文组。将多个密文组合并成密文。密文组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明文组。

序列密码，也叫流加密(stream cyphers)，一次加密明文中的一个位。利用少量的密钥（制乱元素）通过某种复杂的运算（密码算法）产生大量的伪随机位流，用于对明文位流的加密。也可以用同样的密钥和密码算法及与加密相同的伪随机位流，用以还原明文位流。

四种分组加密模式

图片来源:分组加密的四种模式(ECB、CBC、CFB、OFB)
本文以分享代码为主，具体的逻辑原理请查看上述博客↑

ECB(Electronic Code Book)/电码本模式

ECB模式是最简单的一种，从图中就可以看出，就是利用一个密钥KEY分别对每个明文块进行加密，解密就是逆过程，同时可以发现每个明文块加密过程是相互独立的，可以并行，所以加密效率是最快的。

CBC(Cipher Block Chaining)/密文分组链接方式

CBC模式与之前的ECB加密过程差不多，只不过每个明文块的加密密钥依赖于前一个明文加密后的结果，所以不能并行处理。

Cipher Feedback (CFB)/密文反馈模式

CFB模式就是对初始化向量IV进行加密再与明文异或来得到密文，再利用得到的密文作为下一个明文加密的密钥。

Output Feedback (OFB)/输出反馈模式

OFB模式与CFB模式的加密过程类似，不过OFB模式是对明文加密后再进行的异或操作。这个模式最神奇的地方是加密和解密的过程是一样的，你可以查看下面Java实现CFB的加解密函数，是一模一样的。

代码实现

代码中实现了对普通字节数组的加/解密,还实现了对图片加解密。对图片的加解密是利用直接内存实现的。处理效率高，可以减少一次从操作系统到JVM的IO

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.swing.filechooser.FileSystemView;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.util.Arrays;

public class PacketSecret {
   
    private OperationMode mode;//要使用的加密运行模式
    private SecretKey secretKey;//DES使用的密钥
    private Cipher enCipher, deCipher;//加密/解密算法,这里选用DES
    private static final byte[] IV = {
   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
    private static byte count;//记录填充数

    public PacketSecret() {
   
        this(new ECB());
    }

    public PacketSecret(OperationMode mode) {
   
        this.mode = mode;
        initDES();
    }

    public void setMode(OperationMode mode) {
   
        this.mode = mode;
    }

    public OperationMode getMode() {
   
        return mode;
    }

    //初始化密钥和加密算法
    private void initDES() {
   
        try {
   
            //原始密钥，至少8个
            byte[] rawKey = new byte[]{
   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
            DESKeySpec deskeySpec = new DESKeySpec(rawKey);
            secretKey = SecretKeyFactory.getInstance("DES").generateSecret(deskeySpec);
            enCipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/NoPadding");//这里只使用普通的DES模式
            deCipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/NoPadding");
            enCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
            deCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        } catch (Exception e) {
   
            System.out.println("DES算法初始化失败");
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //对分组数据预处理，以输入加密函数
    private byte[] initPacket(byte[] data) {
   
        if (data.length % 8 == 0) return data;
        //如果刚好64一组则直接进行加密，否则先填充
        byte[] newData = new byte[((data.length >> 3) + 1) * 8];
        System.arraycopy(data, 0, newData, 0, data.length);//默认填充0
        count = (byte) (8 - data.length % 8