Teilen Sie ein einfaches Beispiel für die Implementierung des AES-Verschlüsselungsalgorithmus in Java

Advanced Encryption Standard (englisch: Advanced Encryption Standard, Abkürzung: AES), in der Kryptographie auch als Rijndael-Verschlüsselungsmethode bekannt, ist ein Blockverschlüsselungsstandard, der von der US-Bundesregierung übernommen wurde. Dieser Standard ersetzt den ursprünglichen DES. Er wurde von vielen Parteien analysiert und ist weltweit weit verbreitet.
Die meisten AES-Berechnungen werden in einem speziellen endlichen Bereich durchgeführt.
Der AES-Verschlüsselungsprozess arbeitet mit einer 4×4-Byte-Matrix. Diese Matrix wird auch „Zustand“ genannt und ihr Anfangswert ist ein Klartextblock (die Größe eines Elements in der Matrix entspricht der Größe von der Klartextblock A Byte). (Die Rijndael-Verschlüsselungsmethode unterstützt größere Blöcke und die Anzahl der Matrixzeilen kann entsprechend erhöht werden.) Bei der Verschlüsselung enthält jeder AES-Verschlüsselungszyklus (außer der letzten Runde) 4 Schritte:

AddRoundKey – Jedes Byte in Die Matrix wird mit dem runden Schlüssel XOR-verknüpft; jeder Unterschlüssel wird durch das Schlüsselgenerierungsschema generiert.

SubBytes – Ersetzen Sie jedes Byte mithilfe einer Nachschlagetabelle durch eine nichtlineare Ersetzungsfunktion durch das entsprechende Byte.

ShiftRows – verschiebt jede Zeile in der Matrix kreisförmig.

MixColumns – Um die Operationen jeder Zeile in der Matrix vollständig zu mischen. Dieser Schritt verwendet eine lineare Transformation, um die vier Bytes jeder Spalte zu vermischen.

Lassen Sie den MixColumns-Schritt in der letzten Verschlüsselungsschleife weg und ersetzen Sie ihn durch einen anderen AddRoundKey.

Grundlegende Implementierung in Java:

package com.stone.security; 
  
import java.util.Arrays; 
  
import javax.crypto.Cipher; 
import javax.crypto.KeyGenerator; 
import javax.crypto.SecretKey; 
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec; 
  
/** 
 * AES 算法 对称加密，密码学中的高级加密标准 2005年成为有效标准 
 */
public class AES { 
 static Cipher cipher; 
 static final String KEY_ALGORITHM = "AES"; 
 static final String CIPHER_ALGORITHM_ECB = "AES/ECB/PKCS5Padding"; 
 static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC = "AES/CBC/PKCS5Padding"; 
/** 
 * AES/CBC/NoPadding 要求 
 * 密钥必须是16位的；Initialization vector (IV) 必须是16位 
 * 待加密内容的长度必须是16的倍数，如果不是16的倍数，就会出如下异常： 
 * javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Input length not multiple of 16 bytes 
 * 
 * 由于固定了位数，所以对于被加密数据有中文的, 加、解密不完整 
 * 
 * 可 以看到，在原始数据长度为16的整数n倍时，假如原始数据长度等于16*n，则使用NoPadding时加密后数据长度等于16*n， 
 * 其它情况下加密数据长 度等于16*(n+1)。在不足16的整数倍的情况下，假如原始数据长度等于16*n+m[其中m小于16]， 
 * 除了NoPadding填充之外的任何方 式，加密数据长度都等于16*(n+1). 
 */
 static final String CIPHER_ALGORITHM_CBC_NoPadding = "AES/CBC/NoPadding"; 
  
 static SecretKey secretKey; 
   
 public static void main(String[] args) throws Exception { 
 method1("a*jal)k32J8czx囙国为国宽"); 
 method2("a*jal)k32J8czx囙国为国宽"); 
 method3("a*jal)k32J8czx囙国为国宽"); 
   
 method4("123456781234囙为国宽");// length = 16 
 method4("12345678abcdefgh");// length = 16 
   
 } 
  
 /** 
 * 使用AES 算法 加密，默认模式 AES/ECB 
 */
 static void method1(String str) throws Exception { 
 cipher = Cipher.getInstance(KEY_ALGORITHM); 
 //KeyGenerator 生成aes算法密钥 
 secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey(); 
 System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length); 
   
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);//使用加密模式初始化 密钥 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。 
   
 System.out.println("method1-加密：" + Arrays.toString(encrypt)); 
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);//使用解密模式初始化 密钥 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("method1-解密后：" + new String(decrypt)); 
   
 } 
  
 /** 
 * 使用AES 算法 加密，默认模式 AES/ECB/PKCS5Padding 
 */
 static void method2(String str) throws Exception { 
 cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_ECB); 
 //KeyGenerator 生成aes算法密钥 
 secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey(); 
 System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length); 
   
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);//使用加密模式初始化 密钥 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。 
   
 System.out.println("method2-加密：" + Arrays.toString(encrypt)); 
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);//使用解密模式初始化 密钥 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("method2-解密后：" + new String(decrypt)); 
   
 } 
  
 static byte[] getIV() { 
 String iv = "1234567812345678"; //IV length: must be 16 bytes long 
 return iv.getBytes(); 
 } 
  
 /** 
 * 使用AES 算法 加密，默认模式 AES/CBC/PKCS5Padding 
 */
 static void method3(String str) throws Exception { 
 cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC); 
 //KeyGenerator 生成aes算法密钥 
 secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey(); 
 System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length); 
   
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用加密模式初始化 密钥 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。 
   
 System.out.println("method3-加密：" + Arrays.toString(encrypt)); 
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用解密模式初始化 密钥 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
 System.out.println("method3-解密后：" + new String(decrypt)); 
   
 } 
  
 /** 
 * 使用AES 算法 加密，默认模式 AES/CBC/NoPadding 参见上面对于这种mode的数据限制 
 */
 static void method4(String str) throws Exception { 
 cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM_CBC_NoPadding); 
 //KeyGenerator 生成aes算法密钥 
 secretKey = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM).generateKey(); 
 System.out.println("密钥的长度为：" + secretKey.getEncoded().length); 
   
 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用加密模式初始化 密钥 
 byte[] encrypt = cipher.doFinal(str.getBytes(), 0, str.length()); //按单部分操作加密或解密数据，或者结束一个多部分操作。 
   
 System.out.println("method4-加密：" + Arrays.toString(encrypt)); 
 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, new IvParameterSpec(getIV()));//使用解密模式初始化 密钥 
 byte[] decrypt = cipher.doFinal(encrypt); 
   
 System.out.println("method4-解密后：" + new String(decrypt)); 
   
 } 
  
}

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