Java 对称加密算法

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对称加密算法加密和解密使用的是同一份秘钥，解密是加密的逆运算。对称加密算法加密速度快，密文可逆，一旦秘钥文件泄露，就会导致原始数据暴露。对称加密的结果一般使用Base64算法编码，便于阅读和传输。JDK8支持的对称加密算法主要有DES、DESede、AES、Blowfish，以及RC2和RC4等。不同的算法秘钥长度不同，秘钥长度越长，加密安全性越高。

DES

DES（Data Encryption Standard，数据加密标准）算法是对称加密算法领域中的典型算法，DES算法秘钥较短，以现在计算机的计算能力，DES算法加密的数据在24小时内可能被破解。所以DES算法已经被淘汰，建议使用AES算法，不过这里还是简单了解下。

JDK8仅支持56位长度的DES秘钥，下面举个JDK8实现DES加密的例子：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "DES";
        // 转换模式
        String transformation = "DES";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(56);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 实例化DES秘钥材料
        DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(secretKey.getEncoded());
        // 实例化秘钥工厂
        SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 生成DES秘钥
        SecretKey desSecretKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        System.out.println("DES秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(desSecretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, desSecretKey);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("DES加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, desSecretKey);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("DES解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

转换模式transformation这里先设置为和加密算法一样，下面介绍了加密模式和填充模式后再作说明。

上面步骤看着挺多，其实可以总结为如下几步：

  1. 生成加密秘钥；

    1.1. 通过KeyGenerator生成一个指定位数的秘钥；

    1.2. 通过上面生成的秘钥实例化算法对应的秘钥材料KeySpec；

    1.3. 使用秘钥材料通过秘钥工厂SecretKeyFactory生成算法秘钥SecretKey。

  2. 通过转换模式实例化Cipher；

  3. 指定Cipher模式和秘钥，进行加解密操作。

运行结果如下：

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待加密值：mrbird's blog
DES秘钥：LO/CCEC8y8E=
DES加密结果：hRZdN6f+6yj/lhPWUPsayA==
DES解密结果：mrbird's blog

如果在生成秘钥的时候，不指定为56位，则会抛出java.security.InvalidParameterException: Wrong keysize: must be equal to 56异常。

DESede

作为DES算法的一种改良，DESede算法（也称为3DES，三重DES）针对其秘钥长度偏短和迭代次数偏少等问题做了相应改进，提高了安全强度，但同时也造成处理速度较慢、秘钥计算时间加长、加密效率不高的问题。所以这里还是简单了解下，实际还是推荐用AES。

JDK8支持112位或168位长度的DESede秘钥，下面举个JDK8实现DESede加密的例子：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "DESede";
        // 转换模式
        String transformation = "DESede";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(112);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 实例化DESede秘钥材料
        DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(secretKey.getEncoded());
        // 实例化秘钥工厂
        SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 生成DES秘钥
        SecretKey desSecretKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        System.out.println("DESede秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(desSecretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, desSecretKey);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("DESede加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, desSecretKey);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("DESede解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

过程和DES一致，区别仅在于使用的加密算法为DESede，秘钥长度指定为112，秘钥材料对象为DESedeKeySpec类。

上面程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
DESede秘钥：1fFb+F1wboVGGTSPNIBJ+9XxW/hdcG6F
DESede加密结果：WVg9w6exyRREqY1vNyRI+Q==
DESede解密结果：mrbird's blog

如果指定不合法的秘钥长度，程序将抛出java.security.InvalidParameterException: Wrong keysize: must be equal to 112 or 168异常。

AES

AES（AdvancedEncryption Standard，高级数据加密标准）算法支持128位、192位和256位的秘钥长度，加密速度比DES和DESede都快，至今还没有被破解的报道。经过验证，目前采用的AES算法能够有效抵御已知的针对DES算法的所有攻击方法，如部分差分攻击、相关秘钥攻击等。AES算法因秘钥建立时间短、灵敏性好、内存需求低等优点，在各个领域得到广泛的研究与应用。

JDK8支持128位、192位和256位长度的AES秘钥，下面举个JDK8实现AES加密的例子：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "AES";
        // 转换模式
        String transformation = "AES";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(256);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 生成秘钥材料
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), algorithm);
        System.out.println("AES秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("AES加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("AES解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

过程和上面例子大体一致，唯一区别是使用AES算法无需指定特定类型的秘钥材料，直接用SecretKeySpec对象即可。

程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
AES秘钥：vMj1fnhYdIGpTfxpEeKaynG879ARZ5r2AcfBpf+yoRs=
AES加密结果：GCmIlqEJIBlBRw/474OanQ==
AES解密结果：mrbird's blog

如果指定不合法的秘钥长度，程序将抛出java.security.InvalidParameterException: Wrong keysize: must be equal to 128, 192 or 256异常。

RC2、RC4

RC2和RC4算法也可以用于替换DES算法，特点是秘钥长度较为灵活，RC2和RC4的秘钥长度范围为40到1024位。

JDK8支持RC2和RC4算法：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "RC2";
        // 转换模式
        String transformation = "RC2";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(666);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 生成秘钥材料
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), algorithm);
        System.out.println("RC2秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("RC2加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("RC2解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
RC2秘钥：//wHmkfa/TpQqeard5RD8h6Gdd1YJQZbFT4pUsssRfitpz1YkhJfCN/J/hjR0Q1HmVReJaSPCNDqP+GUBlvnWi7zsoKW35O6R5W/R0Bgnjh/qVsu
RC2加密结果：+XL70sqXz/myi1JRiLVbCw==
RC2解密结果：mrbird's blog

如果指定不合法的秘钥长度，程序将抛出java.security.InvalidParameterException: Key length for RC2 must be between 40 and 1024 bits异常。

RC4读者可以自己玩一玩。

Blowfish

Blowfish算法也可以用于替换DES，Blowfish算法的秘钥长度范围为32到448位，并且必须为8的倍数。

JDK8支持Blowfish算法：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "Blowfish";
        // 转换模式
        String transformation = "Blowfish";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(128);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 生成秘钥材料
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), algorithm);
        System.out.println("Blowfish秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("Blowfish加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("Blowfish解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

程序运行结果：

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待加密值：mrbird's blog
Blowfish秘钥：d3ReFylxI2OI7n3qgPFViQ==
Blowfish加密结果：nnH2mqVZhhhegBwAuqecLw==
Blowfish解密结果：mrbird's blog

如果指定不合法的秘钥长度，程序将抛出java.security.InvalidParameterException: Keysize must be multiple of 8, and can only range from 32 to 448 (inclusive)异常。

PBE

PBE（Password Based Encryption，基于口令加密）算法是一种基于口令的加密算法，特点是没有秘钥的概念，信息交互双方事先拟定好口令即可。单纯的口令很容易通过穷举攻击方式破译，所以PBE也加入了“盐”的概念。

PBE算法是对称加密算法的综合性算法，常见算法如PBEWithMD5AndDES，该算法使用了MD5和DES算法构建PBE算法。JDK8支持PBEWithMD5AndDES、PBEWithMD5AndTripleDES、PBEWithSHA1AndDESede、PBEWithSHA1AndRC2_40、PBEWithSHA1AndRC2_128、PBEWithSHA1AndRC4_40、PBEWithSHA1AndRC4_128、PBEWithHmacSHA1AndAES_128、PBEWithHmacSHA224AndAES_128、PBEWithHmacSHA256AndAES_128、PBEWithHmacSHA384AndAES_128、PBEWithHmacSHA512AndAES_128、PBEWithHmacSHA1AndAES_256、PBEWithHmacSHA224AndAES_256、PBEWithHmacSHA256AndAES_256、PBEWithHmacSHA384AndAES_256和PBEWithHmacSHA512AndAES_256，其中算法名称中包含Hmac的需要配和初始化向量使用。

不需要指定初始化向量的PBE算法族（PBEWithMD5AndDES、PBEWithMD5AndTripleDES、PBEWithSHA1AndDESede、PBEWithSHA1AndRC2_40、PBEWithSHA1AndRC2_128、PBEWithSHA1AndRC4_40、PBEWithSHA1AndRC4_128）例子：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "PBEWithSHA1AndDESede";
        // 转换模式
        String transformation = "PBEWithSHA1AndDESede";
        // 密码（口令）
        String password = "mrbird@qq.com";
        System.out.println("PBE口令：" + password);
        // 迭代次数
        int count = 99;

        // 实例化安全随机数
        SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
        // 生成盐
        byte[] salt = secureRandom.generateSeed(8);
        System.out.println("盐值：" + Base64.getEncoder().encodeToString(salt));
        // 通过密码生成秘钥材料
        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        // 实例化秘钥工厂
        SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = secretKeyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);
        // 实例化PBE参数材料
        PBEParameterSpec pbeParameterSpec = new PBEParameterSpec(salt, count);

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 初始化
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, pbeParameterSpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("PBE加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));

        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, pbeParameterSpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("PBE解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
PBE口令：mrbird@qq.com
盐值：e2vd/Or8i3U=
PBE加密结果：TZx40AyeTP9PZyF6iP3C8A==
PBE解密结果：mrbird's blog

算法名称包含Hmac的PBE算法需要指定初始化向量，比如PBEWithHmacSHA1AndAES_128：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "PBEWithHmacSHA1AndAES_128";
        // 转换模式
        String transformation = "PBEWithHmacSHA1AndAES_128";
        // 密码（口令）
        String password = "mrbird@qq.com";
        System.out.println("PBE口令：" + password);
        // 迭代次数
        int count = 99;

        // 实例化安全随机数
        SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
        // 生成盐
        byte[] salt = secureRandom.generateSeed(8);
        System.out.println("盐值：" + Base64.getEncoder().encodeToString(salt));
        // 通过密码生成秘钥材料
        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray());
        // 实例化秘钥工厂
        SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = secretKeyFactory.generateSecret(pbeKeySpec);
        // 创建初始化向量
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("123456789abcdefg".getBytes());
        // 实例化PBE参数材料
        PBEParameterSpec pbeParameterSpec = new PBEParameterSpec(salt, count, iv);

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 初始化
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, pbeParameterSpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("PBE加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));

        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, pbeParameterSpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("PBE解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

通过IvParameterSpec类创建初始化向量，创建初始化向量的秘钥必须为16字节，这里为123456789abcdefg，实例化PBE参数材料的时候通过构造参数传入初始化向量。

程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
PBE口令：mrbird@qq.com
盐值：UJwEggkfM88=
PBE加密结果：l+HGXLUHEQN+uKmNuIzqzA==
PBE解密结果：mrbird's blog

加密模式

对称加密算法分为：序列密码(流密码)加密，分组密码(块密码)加密两种。流密码是对信息流中的每一个元素（一个字母或一个比特）作为基本的处理单元进行加密，块密码是先对信息流分块，再对每一块分别加密。

上面介绍的这些都属于块密码加密。不同的算法侧重点不同，有的强调效率，有的强调安全，有的强调容错性。根据数据加密时每个加密区块间的关联方式来区分，可以分为4种加密模式：电子密码本模式（Electronic Code Book，ECB）、密文链接模式（Cipher Book Chaining，CBC）、密文反馈模式（Cipher Feed Back，CFB）、输出反馈模式（Output Feed Back，OFB）。AES标准除了推荐上述4种工作模式外，还推荐了一种新的工作模式—计数器模式（Counter，CTR）。这些工作模式可适用于各种分组密码算法。

ECB

ECB模式加解密过程如下图所示：

QQ20200821-090430@2x

明文分为若干块，每次加密均产生独立的密文分组，每组的加密结果不会对其他分组产生影响，相同的明文加密后对应产生相同的密文。

  • 优点：可并行操作，没有误差传递（因为每个密文都是独立加密来的）；
  • 缺点：如果明文重复，则对应的密文也会重复，对明文进行主动攻击的可能性较高；
  • 用途：适合加密秘钥、随机数等短数据。例如，安全地传递DES秘钥，ECB是最合适的模式。

CBC

CBC模式加解密过程如下图所示：

QQ20200821-154612@2x.png

明文分为若干块，每次加密前，明文块都和前一个明文块加密后的内容进行异或处理，然后再用秘钥加密。因为第一个明文块没有可以用来异或处理的密文块，所以我们需要提供一个初始化向量来替代。

  • 优点：密文链接模式加密后的密文上下文关联，对明文的主动攻击的可能性较低；
  • 缺点：不能并行加密，如果在加密过程中发生错误，则错误将被无限放大，导致加密失败。并且需要提供初始化向量；
  • 用途：可加密任意长度的数据；适用于计算产生检测数据完整性的消息认证码Mac。

CFB

CFB模式加解密过程如下图所示：

QQ20200821-094022@2x

明文分为若干块，每次加密前，先将前一个密文块使用秘钥加密，加密结果和当前明文块异或处理得到密文块。同样的，需要为第一个明文块加密提供初始化向量。

  • 优点：和CBC类似；
  • 缺点：和CBC类似；
  • 用途：因错误传播无界，可用于检查发现明文密文的篡改。

OFB

OFB模式加解密过程如下图所示：

QQ20200821-094947@2x

过程和CFB类似，区别在于OFB第一次使用秘钥对初始化向量进行加密（结果为A），加密结果和明文块异或处理得到密文块，下一次操作时候，不是使用秘钥加密前一个密文块，而是使用秘钥加密A的结果再和明文块异或处理，得到当前密文块。

  • 优点：和CFB类似；
  • 缺点：不利于并行计算；对明文的主动攻击是可能的，安全性较CFB差；
  • 用途：适用于加密冗余性较大的数据，比如语音和图像数据。

CTR

CTR模式加解密过程如下图所示：

QQ20200821-100139@2x

CTR含义是计数器模式，所以它维护了一个递增的计数器。秘钥加密计数器，结果和明文块异或得到密文块，依次类推。

  • 优点：可以并行操作，安全性和CBC一样好；
  • 缺点：没有错误传播，因此不易确保数据完整性；
  • 用途：适用于各种加密应用。

填充模式

当需要按块处理的数据, 数据长度不符合块处理需求时, 按照一定的方法填充满块长的规则。如果不填充，待加密的数据块长度不符合要求时程序会抛出异常。

JDK8中主要支持NoPadding和PKCS5Padding填充模式。

  1. NoPadding：不填充；
  2. PKCS5Padding：数据块的大小为8位, 不够就补足。

加密、填充模式实战

在了解了加密模式和填充模式后，我们回头看前面代码中的transformation参数，实例化Cipher对象的时候需要指定transformation转换模式，转换模式主要有两种格式：

  1. 算法；
  2. 算法/加密模式/填充模式。

下面就AES算法来实践不同的加密、填充模式。

当转换模式为AES/ECB/PKCS5Padding时：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "AES";
        // 转换模式
        String transformation = "AES/ECB/PKCS5Padding";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(256);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 生成秘钥材料
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), algorithm);
        System.out.println("AES秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded()));

        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("AES加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("AES解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

程序运行解果：

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待加密值：mrbird's blog
AES秘钥：xCwGw2d/cflibDRY4oQtjNEgBN5tIrxOBtt/31jAeN8=
AES加密结果：kjFz9IMO2HAOFgExXMsBjg==
AES解密结果：mrbird's blog

将转换模式改为AES/CBC/PKCS5Padding时，程序输出抛出java.security.InvalidKeyException: Parameters missing异常。

因为该模式需要指定初始化向量，将代码修改为：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String value = "mrbird's blog";
        System.out.println("待加密值：" + value);
        // 加密算法
        String algorithm = "AES";
        // 转换模式
        String transformation = "AES/CBC/PKCS5Padding";
        // --- 生成秘钥 ---
        // 实例化秘钥生成器
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(algorithm);
        // 初始化秘钥长度
        keyGenerator.init(256);
        // 生成秘钥
        SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
        // 生成秘钥材料
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), algorithm);
        System.out.println("AES秘钥：" + Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded()));

        // 初始化向量，123456789abcdefg初始化向量秘钥，16字节
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("123456789abcdefg".getBytes());
        // 实例化密码对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        // 设置模式（ENCRYPT_MODE：加密模式；DECRYPT_MODE：解密模式）和指定秘钥
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, iv);
        // 加密
        byte[] encrypt = cipher.doFinal(value.getBytes());
        System.out.println("AES加密结果：" + Base64.getEncoder().encodeToString(encrypt));
        // 解密
        // 设置为解密模式
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, iv);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt);
        System.out.println("AES解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

程序输出如下：

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待加密值：mrbird's blog
AES秘钥：xbqvwRKSrAtMsKOxzkbJqG0aMgMQwTC7TF5jkch1M5I=
AES加密结果：jksbHzoAA/K0sNVW1+RUOw==
AES解密结果：mrbird's blog

将转换模式改为AES/CBC/NoPadding时，程序抛出javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Input length not multiple of 16 bytes异常。因为mrbird’s blog不是16字节的倍数。

更多对称加密算法和加密模式填充模式的组合可以自己尝试下，或者参考下面的算法总结。

手动指定秘钥

在使用对称加密算法加解密的时候，秘钥一般是双方事先约定好的，假如现在有AES秘钥/a3nqjFFtkWNmeX5HzmMtzCziOThbAnEHoiTA4JquAI=，AES密文y9YMlnX7TE4qF0dDIQ==，转换模式为AES/CTR/PKCS5Padding，初始化向量秘钥为123456789abcdefg，如何通过秘钥和密文进行解密呢，可以参考下面的代码（即演示如何手动指定秘钥并解密）：

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import org.junit.Test;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;

public class Demo {

    @Test
    public void test() throws Exception {
        String algorithm = "AES";
        String transformation = "AES/CTR/PKCS5Padding";
        String key = "/a3nqjFFtkWNmeX5HzmMtzCziOThbAnEHoiTA4JquAI=";
        String encrypt = "y9YMlnX7TE4qF0dDIQ==";
        String ivKey = "123456789abcdefg";

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(Base64.getDecoder().decode(key), algorithm);
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(ivKey.getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, iv);
        byte[] decrypt = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encrypt));
        System.out.println("AES解密结果：" + new String(decrypt));
    }
}

输出如下：

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AES解密结果：mrbird's blog

算法总结

对上面这些算法进行总结：

算法秘钥长度（位）工作模式填充模式初始化向量秘钥长度（字节）
DES56ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等NoPadding、
PKCS5Padding、
ISO10126Padding		8
DESede112、168ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等NoPadding、
PKCS5Padding、
ISO10126Padding		8
AES128、192、256ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等NoPadding、
PKCS5Padding、
ISO10126Padding		16
RC240~1024ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等NoPadding、
PKCS5Padding、
ISO10126Padding		8
RC440~1024ECBNoPadding无
Blowfish32~448，8的倍数ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等NoPadding、
PKCS5Padding、
ISO10126Padding		8
PBE无CBCPKCS5Padding16（带Hmac）

《Java加密与解密的艺术》读书笔记

请作者喝瓶肥宅水🥤
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