信息安全（一）

思维导图

一、AES加解密

1.概述

1.1 概念

AES： 高级加密标准（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密的区块加密标准。

（1）替代DES的新一代分组加密算法

（2）支持三种长度密钥：128、192、256位

1.2 加解密过程

分组加密、分组解密

1.2.1 分组加解密

将待加解密的内容按照128位分组，将密钥按照128位、192位、256位分组，分别将分组后的明文与相应分组后的密钥加解密。

（1）明文与密钥分组

• 明文分组
  每组长度相等，都是128位（16字节）

• 密钥分组
  有128位、192位、256位，推荐加密轮数分别为 10、12、14

（2）密钥组处理

以每组128位为例：

• 推荐加密轮数为10，前9次执行操作一样，第10次有所不同

（3）加密

• 明文与密钥分组后，对每组如下操作：
  明文组与密钥组处理 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->
  密文组

（4）解密

• 对每组如下操作：
  密文组 ----> 轮密钥加 ----> 10轮加密 ---->
  明文组

1.2.2 4种操作

（1）AddRoundKey （轮密钥加）

• 矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（Round Key）做XOR运算

• 每个子密钥由密钥生成方案产生

（2）SubBytes（字节替代）

• 通过非线性的替代函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。

（3）ShiftRows（行移位）

• 将矩阵中的每个横列进行循环式移位

（4）MixColumns （列混淆）

• 为了充分混合矩阵中各个直行

• 使用线性转换来混合每列的4个字节

1.2.2 明文填充模式

（1）为什么要填充？
如一段明文长度是192位，如果按每128位拆，第二个明文块只有64位，不足128位，就需要对明文块进行填充

（2）分类

• NoPadding
  不做任何填充，但是要求明文必须是16字节（128bit）的整数倍。

• PKCS5Padding（默认）
  如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。
  且每个字节的值等于缺少的字符数。

如：明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}

• ISO10126Padding
  如果明文块少于16个字节（128bit），在明文块末尾补足相应数量的字符。
  最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数。

如明文：{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e},缺少6个字节，则可能补全为{1,2,3,4,5,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}

1.3 Java实现

注意： AES加密包含Base64加密

加密： AES加密 -> Base64加密 -> 密文解密： Base64解密 -> AES解密 -> 明文测试地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes

1.3.1 Java代码

import org.apache.commons.lang3.RandomStringUtils;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.util.Base64Utils;import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;/*** AES加密工具类* @author kevin*/
public class AESUtil {/*** 日志相关*/private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AESUtil.class);/*** 编码*/private static final String ENCODING = "UTF-8";/*** 算法定义*/private static final String AES_ALGORITHM = "AES";/*** 指定填充方式*/private static final String CIPHER_PADDING = "AES/ECB/PKCS5Padding";private static final String CIPHER_CBC_PADDING = "AES/CBC/PKCS5Padding";/*** 偏移量(CBC中使用，增强加密算法强度)*/private static final String IV_SEED = "1234567812345678";private static final String AES_KEY = "equ6drp6nrwmgf1t";/*** AES加密* @param content 待加密内容*/public static String encrypt(String content){if(StringUtils.isBlank(content)){LOGGER.info("AES encrypt: the content is null!");return null;}//判断秘钥是否为16位if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){try {//对密码进行编码byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);//设置加密算法，生成秘钥SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);// "算法/模式/补码方式"Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);//选择加密cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec);//根据待加密内容生成字节数组byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));//返回base64字符串return Base64Utils.encodeToString(encrypted);} catch (Exception e) {LOGGER.info("AES encrypt exception:" + e.getMessage());throw new RuntimeException(e);}}else {LOGGER.info("AES encrypt: the AES_KEY is null or error!");return null;}}/*** 解密* @param content 待解密内容*/public static String decrypt(String content){if(StringUtils.isBlank(content)){LOGGER.info("AES decrypt: the content is null!");return null;}//判断秘钥是否为16位if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){try {//对密码进行编码byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);//设置解密算法，生成秘钥SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);// "算法/模式/补码方式"Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_PADDING);//选择解密cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec);//先进行Base64解码byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);//根据待解密内容进行解密byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);//将字节数组转成字符串return new String(decrypted, ENCODING);} catch (Exception e) {LOGGER.info("AES decrypt exception:" + e.getMessage());throw new RuntimeException(e);}}else {LOGGER.info("AES decrypt: the AES_KEY is null or error!");return null;}}/*** AES_CBC加密* @param content 待加密内容*/public static String encryptCBC(String content){if(StringUtils.isBlank(content)){LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the content is null!");return null;}//判断秘钥是否为16位if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){try {//对密码进行编码byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);//设置加密算法，生成秘钥SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);// "算法/模式/补码方式"Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);//偏移IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));//选择加密cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, iv);//根据待加密内容生成字节数组byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes(ENCODING));//返回base64字符串return Base64Utils.encodeToString(encrypted);} catch (Exception e) {LOGGER.info("AES_CBC encrypt exception:" + e.getMessage());throw new RuntimeException(e);}}else {LOGGER.info("AES_CBC encrypt: the AES_KEY is null or error!");return null;}}/*** AES_CBC解密* @param content 待解密内容*/public static String decryptCBC(String content){if(StringUtils.isBlank(content)){LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the content is null!");return null;}//判断秘钥是否为16位if(StringUtils.isNotBlank(AES_KEY) && AES_KEY.length() == 16){try {//对密码进行编码byte[] bytes = AES_KEY.getBytes(ENCODING);//设置解密算法，生成秘钥SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(bytes, AES_ALGORITHM);//偏移IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IV_SEED.getBytes(ENCODING));// "算法/模式/补码方式"Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_CBC_PADDING);//选择解密cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, iv);//先进行Base64解码byte[] decodeBase64 = Base64Utils.decodeFromString(content);//根据待解密内容进行解密byte[] decrypted = cipher.doFinal(decodeBase64);//将字节数组转成字符串return new String(decrypted, ENCODING);} catch (Exception e) {LOGGER.info("AES_CBC decrypt exception:" + e.getMessage());throw new RuntimeException(e);}}else {LOGGER.info("AES_CBC decrypt: the AES_KEY is null or error!");return null;}}/*** 获取随机AES密钥*/private static String getAESKey(){return RandomStringUtils.random(16, "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890");}public static void main(String[] args) {// AES支持三种长度的密钥：128位、192位、256位。// 代码中这种就是128位的加密密钥，16字节 * 8位/字节 = 128位。String aesResult = encrypt("测试AES加密");System.out.println("AES加密结果:" + aesResult);System.out.println();System.out.println("---------解密---------");String decrypt = decrypt(aesResult);System.out.println("AES解密结果:" + decrypt);System.out.println();System.out.println("--------AES_CBC加密解密---------");String cbcResult = encryptCBC("测试AESCBC加密");System.out.println("AES_CBC加密结果:" + cbcResult);System.out.println();System.out.println("---------AES_CBC解密---------");String cbcDecrypt = decryptCBC(cbcResult);System.out.println("AES_CBC解密结果:" + cbcDecrypt);System.out.println();}
}

1.3.2 执行结果

AES加密结果:CSx/Cg6F7paoo9J7AujBYg==---------解密---------
AES解密结果:测试AES加密--------AES_CBC加密解密---------
AES_CBC加密结果:hmlwSKLW91JhGMqEFozBLzidi6YRVjei0Hw1QkW07ac=---------AES_CBC解密---------
AES_CBC解密结果:测试AESCBC加密

1.3.3线上验证

验证地址：http://tool.chacuo.net/cryptaes

另附安卓代码实现，如下：
AES加密(二) — Aes256带偏移量加/解密

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本篇文章主要参考链接如下：

参考链接1-Java实现加密（一）AES加解密

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