AES算法的CBC和ECB两种工作模式

目录

一、AES算法的描述

二、AES算法的两种常见模式

1.ECB（电子密码本）模式

2.CBC（密码块链）模式

三、AES算法两种模式的具体实现(Java)

1.ECB模式

2.CBC模式

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一、AES算法的描述

        AES（Advanced Encryption Standard）高级加密标准，它是一种对称密钥加密算法，被广泛用于数据加密和保护领域。

AES算法具有以下特点：

• 安全性强：AES算法经过多次专家评估和全球广泛应用，被公认为安全可靠的加密算法。
• 效率高：AES算法的硬件和软件实现效率高，适用于各种平台和设备。
• 灵活性：AES算法支持不同的密钥长度，可以根据安全要求进行调整。
• 广泛适用：AES算法应用广泛，支持多种应用场景和领域的数据加密需求。

        AES算法有多种加密模式，其中最常见的两种模式是 ECB（Electronic Codebook）和 CBC（Cipher Block Chaining），除了ECB和CBC，还有其他的AES加密模式，如CFB（Cipher Feedback）、OFB（Output Feedback）和CTR（Counter）等。这些模式具有不同的特点和适用场景，可以根据具体需求选择合适的加密模式。

二、AES算法的两种常见模式

1.ECB（电子密码本）模式

        加密的内容相同生成的密文也是相同的，ECB模式会生成一个16字节的密钥，加密和解密仅使用同一个密钥。ECB模式适合简单的加密场景，不适合加密大量重复的内容，并且，由于它加密解密使用同一个密钥，且无别的安全措施，因此具有一定的安全隐患。

2.CBC（密码块链）模式

        由于CBC模式下加入了初始向量（Initialization Vector，IV），因此相同的内容产生的密文也是不同的。CBC模式生成的密钥为32个字节，而IV参数则需要16个字节，安全系数高于EBC模式，并且CBC模式可以加密大量重复的内容。

三、AES算法两种模式的具体实现(Java)

1.ECB模式

        实现步骤：

                a. 创建一个Cipher对象来确定具体实现使用的算法 ；

                b. 创建一个密钥对象待使用；

                c. 初始化密钥，设置模式(加密模式ENCRYPT_MODE/解密模式DECRYPT_MODE)；

                d. 对初始内容进行最终加密/解密操作所需，并返回加密后的结果。

                (实现过程仅供参考，逻辑不尽相同，但步骤一致)

// 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 keySep = new SecretKeySpec(key,"AES");
// 初始化秘钥:设置加密模式ENCRYPT_
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySep);
// 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 keySep = new SecretKeySpec(key,"AES");
// 初始化秘钥:设置解密模式DECRYPT_MODE
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySep);
// 根据原始内容(字节),进行解密
return cipher.doFinal(input);
}

2.CBC模式

        实现步骤：CBC模式的实现步骤与ECB模式基本一致，但由于CBC模式加了一个IV参数，因此在创建完密钥对象后，根据具体需求，通过某些方式生成自己需要的16个字节的IV参数。

        // 加密:
    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 keySec = 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("iv字节数组(内容):" + Arrays.toString(iv));
        System.out.println("iv字节数组(长度):" + iv.length);
        // 随机数分装成IvParameterSpec参数对象
        IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);
        // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySec,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(Arrays.toString(iv));
        // 解密:
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        SecretKey keySec = new SecretKeySpec(key, "AES");
        // 恢复IV
        IvParameterSpec ivps = new IvParameterSpec(iv);
        // 初始化秘钥:操作模式、秘钥、IV参数
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySec,ivps);
        // 解密操作
        return cipher.doFinal(data);
    }
    
    // 合并数组
    public static byte[] join(byte[] bs1, byte[] bs2) {
        byte[] r = new byte[bs1.length + bs2.length];
        System.arraycopy(bs1, 0, r, 0, bs1.length);
        System.arraycopy(bs2, 0, r, bs1.length , bs2.length);
        return r;
    }