利用 AES256 算法加解密文件（by Java）

作者: GeorgeMR | 来源:发表于2021-10-22 14:42 被阅读0次

本文要介绍的是基于 Java 语言实现 AES256 加解密文件功能，主要流程包括

读取文件明文数据，通过 AES256 加密算法进行加密，将加密后的数据写回文件
读取文件密文数据，通过 AES256 解密算法进行解密，将解密后的数据写回文件

AES 文件加解密流程.png

AES256 算法简介

AES（高级加密标准，Advanced Encryption Standard），对称加密算法，不同于 RSA 等非对称加密，其只使用一个密钥参与加密和解密。

密钥

AES256 中的 256 代表的是密钥的长度为 256位，此外还存在 AES128、AES192，AES256 的安全性最高，AES128性能最高，本质原因是它们的加密处理轮数不同。

填充

AES 算法在对明文加密的时候，并不是直接对明文数据进行加密，而是将明文拆分成一个一个独立的明文段，每一段长度为 128bit。然后这些明文段经过 AES 加密器处理，生成密文段，将密文段合并到一起，得到加密结果。
因为明文段是按照 128bit 长度进行拆分，就会存在长度不足 128bit 的情况，所以需要对不足的明文段进行填充。
Nopadding
不做任何填充，但是要求铭文必须是 16字节的整数倍。
PKCS5Padding
不足的明文段，在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。
ISO10126Padding
不足的明文段，在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，其他字符值填充随机数。

模式

AES 的工作模式，分为 ECB、CBC、CTR、CFB、OFB。本文使用 CBC 模式，该模式会使用一个初始向量 IV，加密的时候，第一个明文段会首先和初始向量 IV 做异或操作，然后再经过密钥加密，然后第一个密文块又会作为第二个明文段的加密向量来异或，依次类推下去，这样相同的明文段加密出来的密文块就是不同的，因此更加安全。

文件加密

本文主要介绍媒体文件的加密，所以不需要对文件的全部数据进行加密，仅仅加密头部部分数据即可，因为没有头部数据，这些媒体文件也是无法成功进行解码。使用部分数据进行加密，从而提高加密性能。

public static int encryptFile(File file, SecretKey secretKey, int encryptLength) {
        try {
            // 以 byte 的形式读取，不改变文件数据的编码格式
            byte[] bytes = Files.readAllBytes(file.toPath());

            // 仅加密 encryptLength 长度的数据
            byte[] substring = new byte[encryptLength];
            System.arraycopy(bytes, 0, substring, 0, encryptLength);

            // 加密
            byte[] encrypt = encrypt(substring, secretKey);

            // 使用密文替换老数据
            byte[] newContent = new byte[encrypt.length + bytes.length - encryptLength];
            System.arraycopy(encrypt, 0, newContent, 0, encrypt.length);
            System.arraycopy(bytes, encryptLength, newContent, encrypt.length, bytes.length - encryptLength);

            // 覆盖写入文件
            Files.write(file.toPath(), newContent);

            return encrypt.length;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return 0;
    }

加密

private static byte[] encrypt(byte[] content, SecretKey secretKey) {
        byte[] str = null;
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(iv));
            str = cipher.doFinal(content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return str;
    }

文件解密

因为数据加密后的长度与明文是不一致的，而文件加密只是部分加密，所以需要记录下密文的长度，从而读取密文，完成解密

public static void decryptFile(File file, SecretKey secretKey, int decryptLength) {
        try {
            // 以 byte 的形式读取，不改变文件数据的编码格式
            byte[] bytes = Files.readAllBytes(file.toPath());

            // 截取密文数据
            byte[] substring = new byte[decryptLength];
            System.arraycopy(bytes, 0, substring, 0, decryptLength);

            // 解密
            byte[] decrypt = decrypt(substring, secretKey);

            // 使用明文替换加密数据
            byte[] newContent = new byte[decrypt.length + bytes.length - decryptLength];
            System.arraycopy(decrypt, 0, newContent, 0, decrypt.length);
            System.arraycopy(bytes, decryptLength, newContent, decrypt.length, bytes.length - decryptLength);

            // 覆盖写入文件
            Files.write(file.toPath(), newContent);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

解密

private static byte[] decrypt(byte[] bytes, SecretKey secretKey) {
        byte[] decryptStr = null;
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(iv));
            decryptStr = cipher.doFinal(bytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return decryptStr;
    }

源码

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.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.nio.file.Files;

/**
 * AES 加解密
 */
public class AESEncrypt {
    private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    private static final byte[] iv = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

    /**
     * 生成 SecretKey
     * @param secret
     * @param salt
     * @return
     */
    public static SecretKey generateSecretKey(String secret, String salt) {
        SecretKey secretKey = null;
        try {
            SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
            PBEKeySpec keySpec = new PBEKeySpec(secret.toCharArray(), salt.getBytes(), 65536, 256);
            secretKey = new SecretKeySpec(factory.generateSecret(keySpec).getEncoded(), "AES");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return secretKey;
    }

    /**
     * 加密
     * @param content
     * @param secretKey
     * @return
     */
    private static byte[] encrypt(byte[] content, SecretKey secretKey) {
        byte[] str = null;
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(iv));
            str = cipher.doFinal(content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return str;
    }

    /**
     * 解密
     * @param bytes
     * @param secretKey
     * @return
     */
    private static byte[] decrypt(byte[] bytes, SecretKey secretKey) {
        byte[] decryptStr = null;
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(iv));
            decryptStr = cipher.doFinal(bytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return decryptStr;
    }

    /**
     * 文件加密
     * @param file
     * @param secretKey
     */
    public static int encryptFile(File file, SecretKey secretKey, int encryptLength) {
        try {
            // 以 byte 的形式读取，不改变文件数据的编码格式
            byte[] bytes = Files.readAllBytes(file.toPath());

            // 仅加密 encryptLength 长度的数据
            byte[] substring = new byte[encryptLength];
            System.arraycopy(bytes, 0, substring, 0, encryptLength);

            // 加密
            byte[] encrypt = encrypt(substring, secretKey);

            // 使用密文替换老数据
            byte[] newContent = new byte[encrypt.length + bytes.length - encryptLength];
            System.arraycopy(encrypt, 0, newContent, 0, encrypt.length);
            System.arraycopy(bytes, encryptLength, newContent, encrypt.length, bytes.length - encryptLength);

            // 覆盖写入文件
            Files.write(file.toPath(), newContent);

            return encrypt.length;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return 0;
    }

    /**
     * 文件解密
     * @param file
     * @param secretKey
     * @param decryptLength
     */
    public static void decryptFile(File file, SecretKey secretKey, int decryptLength) {
        try {
            // 以 byte 的形式读取，不改变文件数据的编码格式
            byte[] bytes = Files.readAllBytes(file.toPath());

            // 截取密文数据
            byte[] substring = new byte[decryptLength];
            System.arraycopy(bytes, 0, substring, 0, decryptLength);

            // 解密
            byte[] decrypt = decrypt(substring, secretKey);

            // 使用明文替换加密数据
            byte[] newContent = new byte[decrypt.length + bytes.length - decryptLength];
            System.arraycopy(decrypt, 0, newContent, 0, decrypt.length);
            System.arraycopy(bytes, decryptLength, newContent, decrypt.length, bytes.length - decryptLength);

            // 覆盖写入文件
            Files.write(file.toPath(), newContent);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // generate secret key
            SecretKey secretKey = generateSecretKey("password", "salt");

            File file = new File(args[0]);

            long encryptStart = System.currentTimeMillis();
            int encryptLength = encryptFile(file, secretKey, 128);
            long encryptEnd = System.currentTimeMillis();
            System.out.printf("Encrypt %s cost %d%n", args[0], (encryptEnd - encryptStart));

            decryptFile(file, secretKey, encryptLength);
            System.out.printf("Decrypt %s cost %d%n", args[0], (System.currentTimeMillis() - encryptEnd));

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

利用 AES256 算法加解密文件（by Java）

AES256 算法简介

密钥

填充

模式

文件加密

加密

文件解密

解密

源码

相关文章

网友评论

延伸阅读

深度阅读

栏目导航

热点阅读