CreatedAt: 20200813
JDK Version: Oracle JDK 1.8.0_202
package com.mrathena.toolkit;
import com.mrathena.exception.ServiceException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.AlgorithmParameterSpec;
import java.util.Base64;
import java.util.UUID;
/**
* AES 加密工具
* <p>
* 密钥加密/密钥加密
* 密钥转换/密钥生成
* <p>
* *******************************************
* 字符串格式的密钥在没有特殊说明时都为BASE64编码格式 *
* 字符串格式的密文在没有特殊说明时都为BASE64编码格式 *
* *******************************************
* <p>
* Java中AES加密默认使用AES/ECB/PKCS5Padding, 即 Cipher.getInstance("AES") 等效于 Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding")
* <p>
* AES密钥长度128/192/256，其中192与256需要配置无政策限制权限文件
* 填充模式最常用的两种PKCS5Padding和PKCS7Padding，其中后者只有BC独有。
* <p>
* CBC加密模式,该模式需要一个初始向量
* 服务端和我们客户端必须使用一样的密钥和初始向量IV。
* 服务端和我们客户端必须使用一样的加密模式。
* 服务端和我们客户端必须使用一样的Padding模式。
* <p>
* 要理解AES的加密流程，会涉及到AES加密的五个关键词，分别是：分组密码体制、Padding、密钥、初始向量IV和四种加密模式(不确定是否有更多)
* 分组密码体制：所谓分组密码体制就是指将明文切成一段一段的来加密，然后再把一段一段的密文拼起来形成最终密文的加密方式。AES采用分组密码体制，即AES加密会首先把明文切成一段一段的，而且每段数据的长度要求必须是128位16个字节，如果最后一段不够16个字节了，就需要用Padding来把这段数据填满16个字节，然后分别对每段数据进行加密，最后再把每段加密数据拼起来形成最终的密文。
* Padding：Padding就是用来把不满16个字节的分组数据填满16个字节用的，它有三种模式PKCS5、PKCS7和NOPADDING。PKCS5是指分组数据缺少几个字节，就在数据的末尾填充几个字节的几，比如缺少5个字节，就在末尾填充5个字节的5。PKCS7是指分组数据缺少几个字节，就在数据的末尾填充几个字节的0，比如缺少7个字节，就在末尾填充7个字节的0。NoPadding是指不需要填充，也就是说数据的发送方肯定会保证最后一段数据也正好是16个字节。那如果在PKCS5模式下，最后一段数据的内容刚好就是16个16怎么办？那解密端就不知道这一段数据到底是有效数据还是填充数据了，因此对于这种情况，PKCS5模式会自动帮我们在最后一段数据后再添加16个字节的数据，而且填充数据也是16个16，这样解密段就能知道谁是有效数据谁是填充数据了。PKCS7最后一段数据的内容是16个0，也是同样的道理。解密端需要使用和加密端同样的Padding模式，才能准确的识别有效数据和填充数据。我们开发通常采用PKCS7 Padding模式。(好像Java默认是PKCS#5Padding)
* 初始向量IV：初始向量IV的作用是使加密更加安全可靠，我们使用AES加密时需要主动提供初始向量，而且只需要提供一个初始向量就够了，后面每段数据的加密向量都是前面一段的密文。初始向量IV的长度规定为128位16个字节，初始向量的来源为随机生成。
* 密钥：AES要求密钥的长度可以是128位16个字节、192位或者256位，位数越高，加密强度自然越大，但是加密的效率自然会低一些，因此要做好衡量。我们开发通常采用128位16个字节的密钥，我们使用AES加密时需要主动提供密钥，而且只需要提供一个密钥就够了，每段数据加密使用的都是这一个密钥，密钥来源为随机生成。
* 四种加密模式：AES一共有四种加密模式，分别是ECB（电子密码本模式）、CBC（密码分组链接模式）、CFB、OFB，我们一般使用的是CBC模式。四种模式中除了ECB相对不安全之外，其它三种模式的区别并没有那么大，
* <p>
* opmode(操作模式)是必须参数，可选值是ENCRYPT_MODE、DECRYPT_MODE、WRAP_MODE和UNWRAP_MODE。
* Key类型参数如果不是非对称加密，对应的类型是SecretKey，如果是非对称加密，可以是PublicKey或者PrivateKey。
* SecureRandom是随机源，因为有些算法需要每次加密结果都不相同，这个时候需要依赖系统或者传入的随机源，一些要求每次加解密结果相同的算法如AES不能使用此参数。
* <p>
* Java Cryptography Architecture
* Standard Algorithm Name Documentation for JDK 8
* Java密码体系结构 JDK 8的标准算法名称文档
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html#KeyPairGenerator
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html#KeyFactory
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html#algspec
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html#Cipher
* https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html#Signature
* 参考
* AES加解密算法的模式介绍
* https://blog.csdn.net/searchsun/article/details/2516191
* JDK安全模块JCE核心Cipher使用详解
* https://blog.csdn.net/zcmain/article/details/90640797
* SecureRandom是随机源，因为有些算法需要每次加密结果都不相同，这个时候需要依赖系统或者传入的随机源，一些要求每次加解密结果相同的算法如AES不能使用此参数
*/
public final class AESKit {
public static void main(String[] args) {
String data = "你好aaa";
String s = generateKeyStr();
String cipher = encryptToStr(s, data);
System.out.println(cipher);
System.out.println(decryptToStr(s, cipher));
}
private AESKit() {}
/**
* 加密算法
*/
private static final String ALGORITHM = "AES";
/**
* 单例 KeyGenerator
*/
private static volatile KeyGenerator instance;
/**
* 默认密钥长度(位),AES密钥长度可以为128/192/256，其中192和256需要配置无政策限制权限文件
*/
private static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
/**
* 默认TRANSFORMATION(转换模式)
*/
private static final String TRANSFORMATION = "AES/CBC/PKCS5Padding";
/**
* 算法参数透明定义(向量)
*/
private static final AlgorithmParameterSpec IV_PARAMETER_SPEC = new IvParameterSpec(new byte[]{0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0});
/**
* UTF-8编码
*/
private static final Charset UTF8 = StandardCharsets.UTF_8;
/**
* 单例获取 KeyGenerator
* 默认通过随机源生成128位长度的密钥,如需192/256位长度密钥则需要修改
*/
private static KeyGenerator getKeyGenerator() {
try {
if (null == instance) {
synchronized (AESKit.class) {
if (null == instance) {
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
keyGenerator.init(DEFAULT_KEY_SIZE, new SecureRandom(UUID.randomUUID().toString().getBytes()));
instance = keyGenerator;
}
}
}
return instance;
} catch (Throwable cause) {
throw new ServiceException(cause);
}
}
/**
* 生成密钥
*/
public static SecretKey generateKey() {
return getKeyGenerator().generateKey();
}
/**
* 生成密钥
*/
public static String generateKeyStr() {
return toKeyStr(generateKey());
}
/**
* 字符串密钥转标准密钥
*/
public static SecretKey toSecretKey(String secretKeyStr) {
try {
return new SecretKeySpec(decode(secretKeyStr), ALGORITHM);
} catch (Throwable cause) {
throw new ServiceException(cause);
}
}
/**
* 标准密钥转字符串密钥
*/
public static String toKeyStr(SecretKey key) {
return encode(key.getEncoded());
}
/**
* 加密
*/
public static byte[] encrypt(SecretKey secretKey, byte[] data) {
try {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORMATION);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, IV_PARAMETER_SPEC);
return cipher.doFinal(data);
} catch (Throwable cause) {
throw new ServiceException(cause);
}
}
/**
* 加密
*/
public static byte[] encrypt(String secretKeyStr, byte[] data) {
return encrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data);
}
/**
* 加密
*/
public static byte[] encrypt(SecretKey secretKey, String data) {
return encrypt(secretKey, data.getBytes(UTF8));
}
/**
* 加密
*/
public static byte[] encrypt(String secretKeyStr, String data) {
return encrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data.getBytes(UTF8));
}
/**
* 加密
*/
public static String encryptToStr(SecretKey secretKey, byte[] data) {
return encode(encrypt(secretKey, data));
}
/**
* 加密
*/
public static String encryptToStr(String secretKeyStr, byte[] data) {
return encode(encrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data));
}
/**
* 加密
*/
public static String encryptToStr(SecretKey secretKey, String data) {
return encode(encrypt(secretKey, data.getBytes(UTF8)));
}
/**
* 加密
*/
public static String encryptToStr(String secretKeyStr, String data) {
return encode(encrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data.getBytes(UTF8)));
}
/**
* 解密
*/
public static byte[] decrypt(SecretKey secretKey, byte[] data) {
try {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORMATION);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, IV_PARAMETER_SPEC);
return cipher.doFinal(data);
} catch (Throwable cause) {
throw new ServiceException(cause);
}
}
/**
* 解密
*/
public static byte[] decrypt(String secretKeyStr, byte[] data) {
return decrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data);
}
/**
* 解密
*/
public static byte[] decrypt(SecretKey secretKey, String data) {
return decrypt(secretKey, decode(data));
}
/**
* 解密
*/
public static byte[] decrypt(String secretKeyStr, String data) {
return decrypt(toSecretKey(secretKeyStr), decode(data));
}
/**
* 解密
*/
public static String decryptToStr(SecretKey secretKey, byte[] data) {
return new String(decrypt(secretKey, data), UTF8);
}
/**
* 解密
*/
public static String decryptToStr(String secretKeyStr, byte[] data) {
return new String(decrypt(toSecretKey(secretKeyStr), data), UTF8);
}
/**
* 解密
*/
public static String decryptToStr(SecretKey secretKey, String data) {
return new String(decrypt(secretKey, decode(data)), UTF8);
}
/**
* 解密
*/
public static String decryptToStr(String secretKeyStr, String data) {
return new String(decrypt(toSecretKey(secretKeyStr), decode(data)), UTF8);
}
/**
* 编码
*/
private static String encode(byte[] data) {
return Base64.getEncoder().encodeToString(data);
}
/**
* 解码
*/
private static byte[] decode(String data) {
return Base64.getDecoder().decode(data);
}
}
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