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:
- import java.security.Key;
- import java.security.NoSuchAlgorithmException;
- import javax.crypto.Cipher;
- import javax.crypto.KeyGenerator;
- import javax.crypto.SecretKey;
- import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
- /**
- * AES Coder<br/>
- * secret key length:128bit, default:128 bit<br/>
- * mode:ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
- * padding: Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
- * @author Aub
- *
- */
- public class AESCoder {
-
- /**
- * 密钥算法
- */
- private static final String KEY_ALGORITHM = AES;
-
- private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = AES/ECB/PKCS5Padding;
-
- /**
- * 初始化密钥
- *
- * @return byte[] 密钥
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] initSecretKey() {
- //返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
- KeyGenerator kg = null;
- try {
- kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
- } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
- e.printStackTrace();
- return new byte[0];
- }
- //初始化此密钥生成器,使其具有确定的密钥大小
- //AES 要求密钥长度为 128
- kg.init(128);
- //生成一个密钥
- SecretKeysecretKey = kg.generateKey();
- return secretKey.getEncoded();
- }
-
- /**
- * 转换密钥
- *
- * @param key二进制密钥
- * @return 密钥
- */
- private static Key toKey(byte[] key){
- //生成密钥
- return new SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key密钥
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
- return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key二进制密钥
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
- return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key二进制密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //还原密钥
- Key k = toKey(key);
- return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //实例化
- Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
- //使用密钥初始化,设置为加密模式
- cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
- //执行操作
- return cipher.doFinal(data);
- }
-
-
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key二进制密钥
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
- return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key密钥
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
- return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key二进制密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //还原密钥
- Key k = toKey(key);
- return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //实例化
- Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
- //使用密钥初始化,设置为解密模式
- cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
- //执行操作
- return cipher.doFinal(data);
- }
-
- private static StringshowByteArray(byte[] data){
- if(null == data){
- return null;
- }
- StringBuilder sb = new StringBuilder({);
- for(byte b:data){
- sb.append(b).append(,);
- }
- sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
- sb.append(});
- return sb.toString();
- }
-
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- byte[] key = initSecretKey();
- System.out.println(key:+showByteArray(key));
-
- Key k = toKey(key);
-
- String data =AES数据;
- System.out.println(加密前数据: string:+data);
- System.out.println(加密前数据: byte[]:+showByteArray(data.getBytes()));
- System.out.println();
- byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
- System.out.println(加密后数据: byte[]:+showByteArray(encryptData));
- System.out.println(加密后数据: hexStr:+Hex.encodeHexStr(encryptData));
- System.out.println();
- byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
- System.out.println(解密后数据: byte[]:+showByteArray(decryptData));
- System.out.println(解密后数据: string:+new String(decryptData));
-
- }
- }
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:
- import java.security.Key;
- import javax.crypto.Cipher;
- import javax.crypto.KeyGenerator;
- import javax.crypto.SecretKey;
- import javax.crypto.SecretKeyFactory;
- import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
- /**
- * DESede Coder<br/>
- * secret key length:112/168 bit, default:168 bit<br/>
- * mode:ECB/CBC/PCBC/CTR/CTS/CFB/CFB8 to CFB128/OFB/OBF8 to OFB128<br/>
- * padding: Nopadding/PKCS5Padding/ISO10126Padding/
- * @author Aub
- *
- */
- public class DESedeCoder {
-
- /**
- * 密钥算法
- */
- private static final String KEY_ALGORITHM = DESede;
-
- //private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = DESede/ECB/PKCS5Padding;
- private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = DESede/ECB/ISO10126Padding;
-
- /**
- * 初始化密钥
- *
- * @return byte[] 密钥
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] initSecretKey() throws Exception{
- //返回生成指定算法的秘密密钥的 KeyGenerator 对象
- KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
- //初始化此密钥生成器,使其具有确定的密钥大小
- kg.init(168);
- //生成一个密钥
- SecretKeysecretKey = kg.generateKey();
- return secretKey.getEncoded();
- }
-
- /**
- * 转换密钥
- *
- * @param key二进制密钥
- * @return Key密钥
- * @throws Exception
- */
- private static Key toKey(byte[] key) throws Exception{
- //实例化DES密钥规则
- DESedeKeySpec dks = new DESedeKeySpec(key);
- //实例化密钥工厂
- SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
- //生成密钥
- SecretKeysecretKey = skf.generateSecret(dks);
- return secretKey;
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key密钥
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
- return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key二进制密钥
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
- return encrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key二进制密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //还原密钥
- Key k = toKey(key);
- return encrypt(data, k, cipherAlgorithm);
- }
-
- /**
- * 加密
- *
- * @param data待加密数据
- * @param key密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]加密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] encrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //实例化
- Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
- //使用密钥初始化,设置为加密模式
- cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
- //执行操作
- return cipher.doFinal(data);
- }
-
-
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key二进制密钥
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key) throws Exception{
- return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key密钥
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key) throws Exception{
- return decrypt(data, key,DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key二进制密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,byte[] key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //还原密钥
- Key k = toKey(key);
- return decrypt(data, k, cipherAlgorithm);
- }
-
- /**
- * 解密
- *
- * @param data待解密数据
- * @param key密钥
- * @param cipherAlgorithm加密算法/工作模式/填充方式
- * @return byte[]解密数据
- * @throws Exception
- */
- public static byte[] decrypt(byte[] data,Key key,String cipherAlgorithm) throws Exception{
- //实例化
- Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
- //使用密钥初始化,设置为解密模式
- cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
- //执行操作
- return cipher.doFinal(data);
- }
-
- private static StringshowByteArray(byte[] data){
- if(null == data){
- return null;
- }
- StringBuilder sb = new StringBuilder({);
- for(byte b:data){
- sb.append(b).append(,);
- }
- sb.deleteCharAt(sb.length()-1);
- sb.append(});
- return sb.toString();
- }
-
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- byte[] key = initSecretKey();
- //byte[] key = 123456789012345678901.getBytes();
- System.out.println(key:+ showByteArray(key));
-
- Key k = toKey(key);
-
- //String data =DESede数据;
- String data =123456789;
- System.out.println(加密前数据: string:+data);
- System.out.println(加密前数据: byte[]:+showByteArray(data.getBytes()));
- System.out.println();
- byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes(), k);
- System.out.println(加密后数据: byte[]:+showByteArray(encryptData));
- System.out.println(加密后数据: hexStr:+Hex.encodeHexStr(encryptData));
- System.out.println();
- byte[] decryptData = decrypt(encryptData, k);
- System.out.println(解密后数据: byte[]:+showByteArray(decryptData));
- System.out.println(解密后数据: string:+new String(decryptData));
-
- }
-
- }
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