AES加密 - iOS与Java的同步实现

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AES是开发中常用的加密算法之一。然而由于前后端开发使用的语言不统一，导致经常出现前端加密而后端不能解密的情况出现。然而无论什么语言系统，AES的算法总是相同的， 因此导致结果不一致的原因在于 加密设置的参数不一致 。于是先来看看在两个平台使用AES加密时需要统一的几个参数。

• 密钥长度（Key Size）
• 加密模式（Cipher Mode）
• 填充方式（Padding）
• 初始向量（Initialization Vector）

密钥长度

AES算法下，key的长度有三种：128、192和256 bits。由于历史原因，JDK默认只支持不大于128 bits的密钥，而128 bits的key已能够满足商用安全需求。因此本例先使用AES-128。（Java使用大于128 bits的key方法在文末提及）

加密模式

AES属于块加密（Block Cipher），块加密中有CBC、ECB、CTR、OFB、CFB等几种工作模式。本例统一使用CBC模式。

填充方式

由于块加密只能对特定长度的数据块进行加密，因此CBC、ECB模式需要在最后一数据块加密前进行数据填充。（CFB，OFB和CTR模式由于与key进行加密操作的是上一块加密后的密文，因此不需要对最后一段明文进行填充）

在iOS SDK中提供了PKCS7Padding，而JDK则提供了PKCS5Padding。原则上PKCS5Padding限制了填充的Block Size为8 bytes，而Java实际上当块大于该值时，其PKCS5Padding与PKCS7Padding是相等的：每需要填充χ个字节，填充的值就是χ。

初始向量

使用除ECB以外的其他加密模式均需要传入一个初始向量，其大小与Block Size相等（AES的Block Size为128 bits），而两个平台的API文档均指明当不传入初始向量时，系统将默认使用一个全0的初始向量。

有了上述的基础之后，可以开始分别在两个平台进行实现了。

具体实现

iOS实现

先定义一个初始向量的值。

NSString *const kInitVector = @"16-Bytes--String";

确定密钥长度，这里选择 AES-128。

size_t const kKeySize = kCCKeySizeAES128;

加密操作：

+ (NSString *)encryptAES:(NSString *)content key:(NSString *)key {

    NSData *contentData = [content dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSUInteger dataLength = contentData.length;
    
    // 为结束符'\0' +1
    char keyPtr[kKeySize + 1];
    memset(keyPtr, 0, sizeof(keyPtr));
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    // 密文长度 <= 明文长度 + BlockSize
    size_t encryptSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *encryptedBytes = malloc(encryptSize);
    size_t actualOutSize = 0;
    
    NSData *initVector = [kInitVector dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt,
                                          kCCAlgorithmAES,
                                          kCCOptionPKCS7Padding,  // 系统默认使用 CBC，然后指明使用 PKCS7Padding
                                          keyPtr,
                                          kKeySize,
                                          initVector.bytes,
                                          contentData.bytes,
                                          dataLength,
                                          encryptedBytes,
                                          encryptSize,
                                          &actualOutSize);
    
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        // 对加密后的数据进行 base64 编码
        return [[NSData dataWithBytesNoCopy:encryptedBytes length:actualOutSize] base64EncodedStringWithOptions:NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed];
    }
    free(encryptedBytes);
    return nil;
}

Java实现

同理先在类中定义一个初始向量，需要与iOS端的统一。

private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";

另 Java 不需手动设置密钥大小，系统会自动根据传入的 Key 进行判断。

加密操作：

public static String encryptAES(String content, String key) 
            throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, 
            NoSuchPaddingException, UnsupportedEncodingException, 
            InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {

    byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");

    // 注意，为了能与 iOS 统一
    // 这里的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成
    byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
        
    byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
    IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
        
    // 指定加密的算法、工作模式和填充方式
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
    
    byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);
    
    // 同样对加密后数据进行 base64 编码
    Encoder encoder = Base64.getEncoder();
    return encoder.encodeToString(encryptedBytes);
}

注意以上实现的是 AES-128，因此方法传入的 key 需为长度为 16 的字符串。

关于解密

有了上述加密的基础之后，解密的实现就很简单了，直接写出对应的逆操作即可。因此代码就不铺张了，如果有需要的可以直接到文末下载。

关于Java使用大于128 bits的key

到Oracle官网下载对应Java版本的 JCE ，解压后放到 JAVA_HOME/jre/lib/security/ ，然后修改 iOS 端的 kKeySize 和两端对应的 key 即可。

以上。

实现代码：

AESCipher-iOS

AESCipher-Java

可直接使用，欢迎各种star和fork~