投稿
  1. 极客之音首页
  2. 技术随笔

java：AES的加密模式和填充模式

飞熊 • • 技术随笔 • 阅读 210

如果你不相信努力和时光，那么成果就会是第一个选择辜负你的。不要去否定你自己的过去，也不要用你的过去牵扯你现在的努力和对未来的展望。不是因为拥有希望你才去努力，而是去努力了，你才有可能看到希望的光芒。java：AES的加密模式和填充模式，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com，来源：原文

java：AES的加密模式和填充模式

1 前言

块加密，常用的加密模式有ECB、CBC。ECB，即electronic code book，将整个明文分成若干段相同小段，然后每小段进行加密，每段互不依赖，可以并行处理，同样的明文就会生成同样的密文；CBC，即cipher block chaining，密文分组链模式，密文分组间如同链条相互连接，先将明文切割为若干段，每一小段与上一段的密文段运算后（第一个块没有上个密文段，故而使用IV进行运算），再同秘钥进行加密，因为是串行处理，所以同样明文每次生成的密文不一样。

块加密中，常用还有填充模式，对于固定加密算法，每个块有固定大小，如AES的块大小为16个字节的整数倍，明文分块时，如果块大小不够，则需要使用固定数据进行填充。

AES的Cipher.getInstance调用时，使用AES即可，默认使用的分组模式就是ECB，填充模式为PKCS5Padding。如果需要使用CBC模式，则需要加入额外的Iv参数。

2 使用

package com.xiaoxu.crawler.utils;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.lang3.ArrayUtils;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.Optional;
import java.util.stream.Collectors;

/**
 * @author xiaoxu
 * @date 2022-11-06 21:24
 * crawlerJ:com.xiaoxu.crawler.utils.AESUtils
 */
public class AESUtils {

    private static final String AES_ALGORITHM = "AES";

    /* AES默认：分组模式：ECB,填充模式：PKCS5Padding */
    private static final String AES_ECB_MODE = "AES/ECB/PKCS5Padding";

    /* CBC加密模式，需要另外传入IvParameterSpec */
    private static final String AES_CBC_MODE = "AES/CBC/PKCS5Padding";

    private static final String UTF8 = StandardCharsets.UTF_8.name();

    private static final List<Integer> AES_KEYSIZES = Arrays.asList(16, 24, 32);

    /* AES分组模式 */
    static enum AESGroupMode{
        ECB("ECB", false, "ECB分组模式"),
        CBC("CBC", true, "CBC分组模式");

        /* 分组模式 */
        private String code;
        /* 是否需要IV向量 */
        private boolean needIv;
        /* 描述 */
        private String desc;

        private AESGroupMode(String code, boolean needIv, String desc){
            this.code = code;
            this.needIv = needIv;
            this.desc = desc;
        }

        public String getCode() {
            return code;
        }

        public void setCode(String code) {
            this.code = code;
        }

        public boolean isNeedIv() {
            return needIv;
        }

        public void setNeedIv(boolean needIv) {
            this.needIv = needIv;
        }

        public String getDesc() {
            return desc;
        }

        public void setDesc(String desc) {
            this.desc = desc;
        }

        public static AESGroupMode getGroupModeByCode(String code){
            for (AESGroupMode value : AESGroupMode.values()) {
                if(value.getCode().equals(code)){
                    return value;
                }
            }
            return null;
        }
    }

    public static String newKey(String key){
        if(!StringUtils.hasLength(key)){
            ExcpUtils.throwExp("new key should not be empty");
        }
        boolean fl = false;
        int len = key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;
        for (int keySize : AES_KEYSIZES) {
            if(len == keySize){
                fl = true;
                break;
            }
        }
        String newKey = key;
        if(!fl){
            /* 32、24、16倒序排序 */
            List<Integer> new_sizes = AES_KEYSIZES.stream().sorted(new Comparator<Integer>() {
                @Override
                public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                    return o2-o1;
                }
            }).collect(Collectors.toList());
            int length = 0;
            for (int var0 = 0; var0 < new_sizes.size(); var0++) {
                if(len > 0 && len < new_sizes.get(new_sizes.size()-1) && var0 == new_sizes.size()-1){
                    length = len;
                }else if(new_sizes.get(var0) <= len){
                    length = new_sizes.get(var0);
                }
                if(new_sizes.get(var0) <= len || (len > 0 && len < new_sizes.get(new_sizes.size()-1)&& var0 == new_sizes.size()-1 ) ){
                    byte[] nKey = new byte[new_sizes.get(var0)];
                    for (int f = 0; f < new_sizes.get(var0); f++) {
                        /* 不足16位的末尾补0 */
                        nKey[f] = (byte)48;
                    }
                    System.arraycopy(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8),0,nKey,0,length);
                    newKey = new String(nKey, StandardCharsets.UTF_8);
                    break;
                }
            }
        }
        return newKey;
    }

    /* AES加密 String */
    public static String encryptStrAES(String text, String key, String groupMode){
        if(!StringUtils.hasLength(text)){
            ExcpUtils.throwExp("encode text should not be null or empty.");
        }
        byte[] encodeBytes = encryptByteAES(text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), key, groupMode);
        return Base64.encodeBase64String(encodeBytes);
    }

    /* AES解密 String*/
    public static String decryptStrAES(String text, String key, String groupMode){
        if(!StringUtils.hasLength(text)){
            ExcpUtils.throwExp("decode text should not be null or empty.");
        }
        byte[] decodeBytes = decryptByteAES(Base64.decodeBase64(text.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)), key, groupMode);
        return new String(decodeBytes, StandardCharsets.UTF_8);
    }

    /* AES加密 originalBytes */
    public static byte[] encryptByteAES(byte[] originalBytes, String key, String groupMode){
        if(ArrayUtils.isEmpty(originalBytes)){
            ExcpUtils.throwExp("encode originalBytes should not be empty.");
        }
        if(!StringUtils.hasLength(key)){
            ExcpUtils.throwExp("key :" + key + ", encode key should not be null or empty.");
        }

        Cipher cipher = getAESCipher(key, Cipher.ENCRYPT_MODE, groupMode);
        byte[] encodeBytes = null;
        try {
            encodeBytes = cipher.doFinal(originalBytes);
        } catch (IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            ExcpUtils.throwExp(e.getClass().getName()+": encode byte fail. "+e.getMessage());
        }
        return encodeBytes;
    }

    /* AES解密 encryptedBytes */
    public static byte[] decryptByteAES(byte[] encryptedBytes, String key, String groupMode){
        if(ArrayUtils.isEmpty(encryptedBytes)){
            ExcpUtils.throwExp("decode encryptedBytes should not be empty.");
        }
        if(!StringUtils.hasLength(key)){
            ExcpUtils.throwExp("key :" + key + ", decode key should not be null or empty.");
        }
        Cipher cipher = getAESCipher(key, Cipher.DECRYPT_MODE, groupMode);
        byte[] decodeBytes = null;
        try {
            decodeBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
        } catch (IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            ExcpUtils.throwExp(e.getClass().getName()+": decode byte fail. "+e.getMessage());
        }
        return decodeBytes;
    }

    public static Cipher getAESCipher(String key, int mode, String groupMode){
        if(!StringUtils.hasLength(key)){
            ExcpUtils.throwExp("key :" + key + ", should not be null or empty.");
        }
        Cipher cipher = null;
        SecretKey secretKey;
        AESGroupMode gMode = AESGroupMode.getGroupModeByCode(groupMode);
        AssertUtils.assertNonNull(gMode, "error!gMode is null!");
        AESGroupMode aesGroupMode = Optional.ofNullable(gMode).orElse(AESGroupMode.ECB);
        try {
            /* switch中的值为null时，将会抛出NPE(空指针异常) */
            byte[] keyBytes = null;
            switch (aesGroupMode){
                case ECB:
                    /* 默认就是ECB分组模式，以及默认的填充模式：PKCS5Padding
                    故而 Cipher.getInstance使用"AES/ECB/PKCS5Padding"，
                    *  和使用"AES"效果一致  */
                    cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB_MODE);
                    keyBytes = key.getBytes(UTF8);
                    secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, AES_ALGORITHM);
                    cipher.init(mode, secretKey);
                    break;
                case CBC:
                    cipher = Cipher.getInstance(AES_CBC_MODE);
                    keyBytes = key.getBytes(UTF8);
                    secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, AES_ALGORITHM);
                    /* IvParameterSpec的长度应该为16个字节，
                    否则报错：Wrong IV length: must be 16 bytes long */
                    IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(new byte[16]);
                    cipher.init(mode, secretKey, ivParameterSpec);
                    break;
                default:
                    /* 抛出异常 */
                    ExcpUtils.throwExp("aesGroupMode not match, please check");
            }
        } catch (NoSuchAlgorithmException | NoSuchPaddingException e) {
            ExcpUtils.throwExp(e.getClass().getName()+": get cipher instance wrong. "+e.getMessage());
        } catch (UnsupportedEncodingException u){
            ExcpUtils.throwExp(u.getClass().getName()+": key transfer bytes fail. "+u.getMessage());
        } catch (InvalidKeyException | InvalidAlgorithmParameterException i) {
            ExcpUtils.throwExp(i.getClass().getName()+": key is invalid. "+i.getMessage());
        }
        return cipher;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String msg = "小徐123testAes!!!";
//        String key = "0382f2bcbacfa8be";
//        String key = "0382f2bcbacfa8b";
        String key = "0382f2bcbacfa8b0382f2bcbacfa8b0382f2bcbacfa8b0382f2bcbacfa8b0382f2bcbacfa8b";
        System.out.println("转换前的秘钥长度:" + key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);
        System.out.println("转换后秘钥:"+newKey(key)+";长度:"+newKey(key).getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);

//        AAz4gPXlduN+l1OX0BV9nWXqJqhXRS3ThRQXJsU0lWM=
        System.out.println("AES秘钥长度只能为16、24、32:"+newKey(key).getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);

//        String mode = "ECB";
        String mode = "CBC";
        String s = encryptStrAES(msg, newKey(key), mode);
        System.out.println("加密后:"+s);
        String s1 = decryptStrAES(s, newKey(key), mode);
        System.out.println("解密后:"+s1);
    }
}

使用CBC模式，相比于ECB模式，需要额外增加参数IvParameterSpec，且IvParameterSpec的参数字节数组大小，须为16字节，执行结果如下：

转换前的秘钥长度:75
转换后秘钥:0382f2bcbacfa8b0382f2bcbacfa8b03;长度:32
AES秘钥长度只能为16、24、32:32
加密后:U1SEYNpdwxiUbzTEpLgHv2yRr0wiOReAEiOhMfgrX1E=
解密后:小徐123testAes!!!

其余的工具类如下所示：

package com.xiaoxu.crawler.utils;

import com.xiaoxu.crawler.excp.CrawlerForJException;
import org.apache.commons.lang3.ArrayUtils;

/**
 * @author xiaoxu
 * @date 2022-11-06 15:50
 * crawlerJ:com.xiaoxu.crawler.utils.AssertUtils
 */
public class AssertUtils {
    /* 校验为真 */
    public static void assertTrue(boolean res, String errorMsg){
        handlerError(res, errorMsg);
    }

    /* 校验非空 */
    public static <T> void assertNonNull(T obj, String errorMsg){
        handlerError(null != obj, errorMsg);
    }

    /* 校验非null非empty字符串 */
    public static <T> void assertNonEmpty(String str, String errorMsg){
        handlerError(null != str && !str.isEmpty(), errorMsg);
    }

    /* 校验非空Array */
    public static <T> void assertNonEmptyArray(T[] array, String errorMsg){
        handlerError(!ArrayUtils.isEmpty(array), errorMsg);
    }

    /* 统一异常处理 */
    private static void handlerError(boolean flag, String message){
        if(!flag){
            /* 使用公共异常处理 */
            throw new CrawlerForJException(message);
        }
    }
}

package com.xiaoxu.crawler.utils;

import com.xiaoxu.crawler.excp.AccessParamException;
import com.xiaoxu.crawler.excp.CrawlerForJException;
import org.springframework.util.StringUtils;

/**
 * @author xiaoxu
 * @date 2022-11-06 16:04
 * crawlerJ:com.xiaoxu.crawler.utils.ExcpUtils
 */
public class ExcpUtils {

    /* 不为true则抛出异常 */
    public static void throwExpIfFalse(boolean result,String msg){
        if(StringUtils.hasLength(msg)&&!result){
            throw new CrawlerForJException(msg);
        }else if(!StringUtils.hasLength(msg)){
            throw new AccessParamException(
                    String.format(
                            "调用throwExpIfFalse方法的msg不能为空:%s",msg));
        }
    }

    /* 抛出异常的工具方法 */
    public static void throwExp(String message){
        if(StringUtils.hasLength(message)){
            throw new CrawlerForJException(message);
        }else{
            throw new AccessParamException(
                    String.format("方法%s的参数不能为空:%s",
                            ExcpUtils.class.getSimpleName()
                                    +Thread.currentThread().getStackTrace()[1].getMethodName(),
                            message));
        }
    }
}

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容， 请发送邮件至 举报，一经查实，本站将立刻删除。

文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/192104.html

赞 (0)
飞熊的头像飞熊bm
0 0

相关推荐

发表回复

登录后才能评论
极客之音——专业性很强的中文编程技术网站，欢迎收藏到浏览器，订阅我们！