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查看: 2916 | 回复: 0   主题： [转帖] Java加密解密之对称加密算法AES&DESede        下一篇 
    本主题由 koei 于 2014-5-2 16:25:14 移动
红与黑
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发表于： IP：您无权察看 2013-3-1 16:01:25 | [全部帖] [楼主帖] 楼主

Java 加密解密之对称加密算法AES  

密码学中的高级加密 标准（Advanced Encryption Standard，AES），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。该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高级加密标准的甄选流程。（Rijdael的发音近于 Rhinedoll。）

AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。

AES的基本要求 是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始 AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比 利时密码学家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一种密码算法RIJNDAEL 作为 AES. 在应用方面，尽管DES在安全上是脆弱的，但由于快速DES芯片的大量生产，使得DES仍能暂时继续使用，为提高安全强度，通常使用独立密钥的三级 DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全，但未被列入下一代加密标准。 

AES加密数据块和密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个。

AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：

1、密钥扩展（KeyExpansion），

2、初始轮（Initial Round），

3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，

4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

JDK对DESede算法的支持 

密钥长度：128位

工作模式：ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128

填充方式：Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/

工作模式和填充方式请参考：  JAVA加密解密基础

十六进制工具类Hex.java，见： java byte数组与十六进制字符串互转

AES加密解密的java实现：

AESCoder.java


Java代码：

  1. import java.security.Key;
  2. import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  4. import javax.crypto.Cipher;
  5. import javax.crypto.KeyGenerator;
  6. import javax.crypto.SecretKey;
  7. import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
  9. /**
  10.  * AES Coder<br/>
  11.  * secret key length:128bit, default:128 bit<br/>
  12.  * mode:ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
  13.  * padding: Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
  14.  * @author Aub
  15.  *
  16.  */
  17. public class AESCoder {
  18.       
  19.       /**
  20.       * 密钥算法
  21.       */
  22.       private static final String KEY_ALGORITHM = AES;
  23.       
  24.       private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = AES/ECB/PKCS5Padding;
  25.       
  26.       /**
  27.       * 初始化密钥
  28.       *
  29.       * @return byte[] 密钥
  30.       * @throws Exception
  31.       */
  32.       public static byte[] initSecretKey() {
  33.             //返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
  34.             KeyGenerator kg = null;
  35.             try {
  36.                   kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  37.             } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
  38.                   e.printStackTrace();
  39.                   return new byte[0];
  40.             }
  41.             //初始化此密钥生成器，使其具有确定的密钥大小
  42.             //AES 要求密钥长度为 128
  43.             kg.init(128);
  44.             //生成一个密钥
  45.             SecretKeysecretKey = kg.generateKey();
  46.             return secretKey.getEncoded();
  47.       }
  48.       
  49.       /**
  50.       * 转换密钥
  51.       *
  52.       * @param key二进制密钥
  53.       * @return 密钥
  54.       */
  55.       private static Key toKey(byte[] key){
  56.             //生成密钥
  57.             return new SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
  58.       }
  59.       
  60.       /**
  61.       * 加密
  62.       *
  63.       * @param data待加密数据
  64.       * @param key密钥
  65.       * @return byte[]加密数据
  66.       * @throws Exception
  67.       */
  68.       public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
  69.             return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  70.       }
  71.       
  72.       /**
  73.       * 加密
  74.       *
  75.       * @param data待加密数据
  76.       * @param key二进制密钥
  77.       * @return byte[]加密数据
  78.       * @throws Exception
  79.       */
  80.       public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
  81.             return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  82.       }
  83.       
  84.       
  85.       /**
  86.       * 加密
  87.       *
  88.       * @param data待加密数据
  89.       * @param key二进制密钥
  90.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  91.       * @return byte[]加密数据
  92.       * @throws Exception
  93.       */
  94.       public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  95.             //还原密钥
  96.             Key k = toKey(key);
  97.             return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
  98.       }
  99.       
  100.       /**
  101.       * 加密
  102.       *
  103.       * @param data待加密数据
  104.       * @param key密钥
  105.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  106.       * @return byte[]加密数据
  107.       * @throws Exception
  108.       */
  109.       public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  110.             //实例化
  111.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
  112.             //使用密钥初始化，设置为加密模式
  113.             cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
  114.             //执行操作
  115.             return cipher.doFinal(data);
  116.       }
  117.       
  118.       
  119.       
  120.       /**
  121.       * 解密
  122.       *
  123.       * @param data待解密数据
  124.       * @param key二进制密钥
  125.       * @return byte[]解密数据
  126.       * @throws Exception
  127.       */
  128.       public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
  129.             return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  130.       }
  131.       
  132.       /**
  133.       * 解密
  134.       *
  135.       * @param data待解密数据
  136.       * @param key密钥
  137.       * @return byte[]解密数据
  138.       * @throws Exception
  139.       */
  140.       public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
  141.             return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  142.       }
  143.       
  144.       /**
  145.       * 解密
  146.       *
  147.       * @param data待解密数据
  148.       * @param key二进制密钥
  149.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  150.       * @return byte[]解密数据
  151.       * @throws Exception
  152.       */
  153.       public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  154.             //还原密钥
  155.             Key k = toKey(key);
  156.             return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
  157.       }
  158.       
  159.       /**
  160.       * 解密
  161.       *
  162.       * @param data待解密数据
  163.       * @param key密钥
  164.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  165.       * @return byte[]解密数据
  166.       * @throws Exception
  167.       */
  168.       public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  169.             //实例化
  170.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
  171.             //使用密钥初始化，设置为解密模式
  172.             cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
  173.             //执行操作
  174.             return cipher.doFinal(data);
  175.       }
  176.       
  177.       private static StringshowByteArray(byte[] data){
  178.             if(null == data){
  179.                   return null;
  180.             }
  181.             StringBuilder sb = new StringBuilder({);
  182.                   for(byte b:data){
  183.                         sb.append(b).append(,);
  184.                   }
  185.                   sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
  186.             sb.append(});
  187.             return sb.toString();
  188.       }
  189.       
  190.       public static void main(String[] args) throws Exception {
  191.             byte[] key = initSecretKey();
  192.             System.out.println(key：+showByteArray(key));
  193.             
  194.             Key k = toKey(key);
  195.             
  196.             String data =AES数据;
  197.             System.out.println(加密前数据: string:+data);
  198.             System.out.println(加密前数据: byte[]:+showByteArray(data.getBytes()));
  199.             System.out.println();
  200.             byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
  201.             System.out.println(加密后数据: byte[]:+showByteArray(encryptData));
  202.             System.out.println(加密后数据: hexStr:+Hex.encodeHexStr(encryptData));
  203.             System.out.println();
  204.             byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
  205.             System.out.println(解密后数据: byte[]:+showByteArray(decryptData));
  206.             System.out.println(解密后数据: string:+new String(decryptData));
  207.             
  208.       }
  209. }



参考��java加密与解密的艺术》

Java 加密解密之对称加密算法DESede 

DESede即三重 DES加密算法，也被称为3DES或者Triple DES。使用三(或两)个不同的密钥对数据块进行三次(或两次)DES加密(加密一次要比进行普通加密的三次要快)。三重DES的强度大约和112- bit的密钥强度相当。通过迭代次数的提高了安全性，但同时也造成了加密效率低的问题。正因DESede算法效率问题，AES算法诞生了。 (详见： Java 加密解密之对称加密算法AES)

到目前为止，还没有人给出攻击三重DES的有效方法。对其密钥空间中密钥进行蛮干搜索，那么由于空间太大，这实际上是不可行的。若用差分攻击的方法，相对于单一DES来说复杂性以指数形式增长。

三重DES有四种模型 

(a)DES-EEE3，使用三个不同密钥，顺序进行三次加密变换。

(b)DES-EDE3，使用三个不同密钥，依次进行加密-解密-加密变换。

(c)DES-EEE2，其中密钥K1=K3，顺序进行三次加密变换。

(d)DES-EDE2， 其中密钥K1=K3，依次进行加密-解密-加密变换。

JDK对DESede算法的支持 

密钥长度：112位/168位

工作模式：ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128

填充方式：Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/

工作模式和填充方式请参考：  JAVA加密解密基础

十六进制工具类Hex.java，见： java byte数组与十六进制字符串互转

DESede加密解密的java实现：

DESede .java


Java代码:

  1. import java.security.Key;
  3. import javax.crypto.Cipher;
  4. import javax.crypto.KeyGenerator;
  5. import javax.crypto.SecretKey;
  6. import javax.crypto.SecretKeyFactory;
  7. import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
  9. /**
  10.  * DESede Coder<br/>
  11.  * secret key length:112/168 bit, default:168 bit<br/>
  12.  * mode:ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
  13.  * padding: Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
  14.  * @author Aub
  15.  *
  16.  */
  17. public class DESedeCoder {
  18.       
  19.       /**
  20.       * 密钥算法
  21.       */
  22.       private static final String KEY_ALGORITHM = DESede;
  23.       
  24.       //private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = DESede/ECB/PKCS5Padding;
  25.       private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = DESede/ECB/ISO10126Padding;
  26.       
  27.       /**
  28.       * 初始化密钥
  29.       *
  30.       * @return byte[] 密钥
  31.       * @throws Exception
  32.       */
  33.       public static byte[] initSecretKey() throws Exception{
  34.             //返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
  35.             KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  36.             //初始化此密钥生成器，使其具有确定的密钥大小
  37.             kg.init(168);
  38.             //生成一个密钥
  39.             SecretKeysecretKey = kg.generateKey();
  40.             return secretKey.getEncoded();
  41.       }
  42.       
  43.       /**
  44.       * 转换密钥
  45.       *
  46.       * @param key二进制密钥
  47.       * @return Key密钥
  48.       * @throws Exception
  49.       */
  50.       private static Key toKey(byte[] key) throws Exception{
  51.             //实例化DES密钥规则
  52.             DESedeKeySpec dks = new DESedeKeySpec(key);
  53.             //实例化密钥工厂
  54.             SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
  55.             //生成密钥
  56.             SecretKeysecretKey = skf.generateSecret(dks);
  57.             return secretKey;
  58.       }
  59.       
  60.       /**
  61.       * 加密
  62.       *
  63.       * @param data待加密数据
  64.       * @param key密钥
  65.       * @return byte[]加密数据
  66.       * @throws Exception
  67.       */
  68.       public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
  69.             return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  70.       }
  71.       
  72.       /**
  73.       * 加密
  74.       *
  75.       * @param data待加密数据
  76.       * @param key二进制密钥
  77.       * @return byte[]加密数据
  78.       * @throws Exception
  79.       */
  80.       public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
  81.             return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  82.       }
  83.       
  84.       
  85.       /**
  86.       * 加密
  87.       *
  88.       * @param data待加密数据
  89.       * @param key二进制密钥
  90.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  91.       * @return byte[]加密数据
  92.       * @throws Exception
  93.       */
  94.       public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  95.             //还原密钥
  96.             Key k = toKey(key);
  97.             return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
  98.       }
  99.       
  100.       /**
  101.       * 加密
  102.       *
  103.       * @param data待加密数据
  104.       * @param key密钥
  105.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  106.       * @return byte[]加密数据
  107.       * @throws Exception
  108.       */
  109.       public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  110.             //实例化
  111.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
  112.             //使用密钥初始化，设置为加密模式
  113.             cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
  114.             //执行操作
  115.             return cipher.doFinal(data);
  116.       }
  117.       
  118.       
  119.       
  120.       /**
  121.       * 解密
  122.       *
  123.       * @param data待解密数据
  124.       * @param key二进制密钥
  125.       * @return byte[]解密数据
  126.       * @throws Exception
  127.       */
  128.       public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
  129.             return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  130.       }
  131.       
  132.       /**
  133.       * 解密
  134.       *
  135.       * @param data待解密数据
  136.       * @param key密钥
  137.       * @return byte[]解密数据
  138.       * @throws Exception
  139.       */
  140.       public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
  141.             return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
  142.       }
  143.       
  144.       /**
  145.       * 解密
  146.       *
  147.       * @param data待解密数据
  148.       * @param key二进制密钥
  149.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  150.       * @return byte[]解密数据
  151.       * @throws Exception
  152.       */
  153.       public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  154.             //还原密钥
  155.             Key k = toKey(key);
  156.             return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
  157.       }
  158.       
  159.       /**
  160.       * 解密
  161.       *
  162.       * @param data待解密数据
  163.       * @param key密钥
  164.       * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
  165.       * @return byte[]解密数据
  166.       * @throws Exception
  167.       */
  168.       public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
  169.             //实例化
  170.             Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
  171.             //使用密钥初始化，设置为解密模式
  172.             cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
  173.             //执行操作
  174.             return cipher.doFinal(data);
  175.       }
  176.       
  177.       private static StringshowByteArray(byte[] data){
  178.             if(null == data){
  179.                   return null;
  180.             }
  181.             StringBuilder sb = new StringBuilder({);
  182.                   for(byte b:data){
  183.                         sb.append(b).append(,);
  184.                   }
  185.                   sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
  186.             sb.append(});
  187.             return sb.toString();
  188.       }
  189.       
  190.       public static void main(String[] args) throws Exception {
  191.             byte[] key = initSecretKey();
  192.             //byte[] key = 123456789012345678901.getBytes();
  193.             System.out.println(key：+ showByteArray(key));
  194.             
  195.             Key k = toKey(key);
  196.             
  197.             //String data =DESede数据;
  198.             String data =123456789;
  199.             System.out.println(加密前数据: string:+data);
  200.             System.out.println(加密前数据: byte[]:+showByteArray(data.getBytes()));
  201.             System.out.println();
  202.             byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
  203.             System.out.println(加密后数据: byte[]:+showByteArray(encryptData));
  204.             System.out.println(加密后数据: hexStr:+Hex.encodeHexStr(encryptData));
  205.             System.out.println();
  206.             byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
  207.             System.out.println(解密后数据: byte[]:+showByteArray(decryptData));
  208.             System.out.println(解密后数据: string:+new String(decryptData));
  209.             
  210.       }
  211.       
  212. }



注：参考《java加密解密的艺术》

该贴由koei转至本版2014-5-2 16:25:14


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