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



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



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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