Java에서 AES 암호화 및 암호 해독 작업을 수행하는 방법

1. 배경 지식

• 암호화에서 암호화 알고리즘은 단방향 암호화와 양방향 암호화로 구분됩니다.

• 대칭 암호화는 AES 암호화, DES 암호화 등을 포함하여 암호화와 복호화가 동일한 키를 사용함을 의미합니다.

• 비대칭 암호화는 RSA 암호화 등을 포함하여 암호화와 복호화가 서로 다른 키를 사용한다는 의미입니다.

• 단방향 암호화에는 되돌릴 수 없는 MD5 및 SHA와 같은 다이제스트 알고리즘이 포함됩니다.

• 양방향 암호화에는 대칭 암호화와 비대칭 암호화가 포함됩니다. 양방향 암호화는 되돌릴 수 있으며 암호문에 대한 키가 존재합니다.

2. AES 소개

AES: 고급 암호화 표준(Advanced Encryption Standard)은 미국 연방 정부에서 채택한 블록 암호화 표준으로 현재 가장 널리 사용되는 ​​대칭 암호화 알고리즘입니다. 코드>. 对称加密算法。

• 是用来替代DES的新一代分组加密算法。

• AES支持三种长度的密钥：128位、192位、256位。

3.AES的加密过程（AES处理单位：字节）

AES的加解密过程和DES一样，都是通过分组加密、分组解密。所谓分组加密，就是将待加解密的内容按照128位进行分组，将密钥按照128位、192位、256位进行分组，分别将分组后的明文与相应分组后的密钥进行加解密。

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

解密： 对每组：密文组 -> 轮密钥加 -> 10轮解密 -> 明文组

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

密钥组处理： 以密钥分组每组128位为例（则推荐加密轮数为10，前9次执行操作一样，第十次有所不同） 类似地，128位密钥也是用字节为单位的矩阵表示，通过密钥编排函数，形成具有44个元素的序列W[0],W[1], … ,W[43]（每个元素4个字节）；其中，W[0],W[1],W[2],W[3]为原始密钥，其余40个元素分为10组，每组4个元素（4*4=16字节），分别用于10轮加密。

AES加密算法涉及4种操作： 字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。

下图给出了AES加解密的流程：

• 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。

• SubBytes（字节替代） — 通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。

• ShiftRows（行移位） — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。

• MixColumns （列混淆）— 为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。

假如一段明文长度是192bit，如果按每128bit一个明文块来拆分的话，第二个明文块只有64bit，不足128bit。这时候怎么办呢？就需要对明文块进行填充（Padding）。

填充涉及以下三种填充模式：

• NoPadding：不做任何填充，但是要求明文必须是16字节的整数倍。

• 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。

比如明文：{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

은 DES를 대체하는 데 사용되는 차세대 블록 암호화 알고리즘입니다.

AES는 128비트, 192비트, 256비트의 세 가지 키 길이를 지원합니다.

3. AES 암호화 과정(AES 처리 단위: 바이트)

AES의 암호화 및 복호화 과정은 블록 암호화와 그룹 복호화 모두 DES와 동일합니다. 소위 블록 암호화란 암호화 및 복호화할 내용을 128비트 단위로 그룹화하고, 키를 128비트, 192비트, 256비트 단위로 그룹화하고, 그룹화된 평문과 이에 상응하는 평문을 암호화 및 복호화하는 것입니다. 그룹화된 키입니다.

암호화:

일반 텍스트와 키를 그룹화한 후 각 그룹 처리: 일반 텍스트 그룹 및 키 그룹-> 10라운드 암호화-> 암호문 그룹

복호화:

오른쪽 각 그룹: 암호 텍스트 그룹-> 라운드 키 추가-> 일반 텍스트 그룹

일반 텍스트 그룹: 🎜 각 그룹의 길이는 모두 128비트(16바이트)입니다. 그룹화: 🎜 권장되는 암호화 라운드는 각각 10, 12, 14비트입니다. 🎜🎜🎜키 그룹 처리: 🎜 그룹당 128비트의 키 그룹화를 예로 들어 보겠습니다. 권장 암호화 라운드 수는 10이며 처음 9번은 연산이 동일하고 10번은 다름) 마찬가지로 128비트 키도 바이트 단위의 행렬로 표현되며 키 배열 기능을 사용하여 44개 요소를 포함하는 시퀀스 W[0], W[1], &hellip, W[43](요소당 4바이트), W[0], W[1], W[2], W[3 ]는 원본 키이고, 나머지 40개 요소는 10개 그룹으로 나뉘며, 각 그룹에는 4개 요소(4*4=16바이트)가 있으며, 이는 각각 10라운드 암호화에 사용됩니다. 🎜🎜🎜AES 암호화 알고리즘에는 4가지 작업이 포함됩니다: 🎜 바이트 대체(SubBytes), 행 이동(ShiftRows), 열 난독화(MixColumns) 및 라운드 키 추가(AddRoundKey). 🎜🎜다음 그림은 AES 암호화 및 암호 해독 프로세스를 보여줍니다. 🎜🎜🎜🎜🎜AddRoundKey(라운드 키 추가)🎜— 매트릭스의 각 바이트는 라운드 키와 XOR됩니다. 각 하위 키는 키 생성 방식에 의해 생성됩니다. . 🎜🎜🎜🎜🎜SubBytes(바이트 대체)🎜 — 비선형 대체 함수를 통해 조회 테이블을 사용하여 각 바이트를 해당 바이트로 대체합니다. 🎜🎜🎜🎜🎜ShiftRows(행 이동)🎜 — 행렬의 각 열을 순환적으로 이동합니다. 🎜🎜🎜🎜🎜MixColumns (열 혼동)🎜— 행렬의 각 직선 행의 연산을 완전히 혼합하기 위해. 이 단계에서는 선형 변환을 사용하여 각 열의 4바이트를 혼합합니다. 🎜🎜🎜🎜🎜 🎜문단의 경우 평문의 길이가 192비트라면 128비트마다 하나의 평문 블록으로 분할되면 두 번째 평문 블록은 64비트에 불과해 128비트보다 작습니다. 이때 무엇을 해야 할까요? 일반 텍스트 블록을 패딩(Padding)하는 것이 필요합니다. 🎜🎜Padding에는 다음 세 가지 패딩 모드가 포함됩니다. 🎜🎜🎜🎜NoPadding: 패딩은 수행되지 않지만 일반 텍스트는 16바이트의 정수 배수여야 합니다. 🎜🎜🎜🎜PKCS5Padding(기본값): 일반 텍스트 블록이 16바이트(128비트) 미만인 경우 해당 문자 수가 일반 텍스트 블록 끝에 추가되고 각 바이트의 값 누락된 문자 번호와 같습니다. 🎜🎜🎜🎜예를 들어 일반 텍스트가 {1,2,3,4,5,a,b,c,d,e}인 경우 6바이트가 누락되면 완성은 {1,2, 3,4,5, a,b,c,d,e,6,6,6,6,6,6}🎜🎜🎜🎜ISO10126Padding: 일반 텍스트 블록이 16바이트 미만인 경우 (128bit), 일반 텍스트에서 블록의 끝은 해당 바이트 수로 채워지고 마지막 문자 값은 누락된 문자 수와 동일하며 나머지 문자는 임의의 숫자로 채워집니다. 🎜🎜🎜🎜예를 들어 일반 텍스트: {1,2,3,4,5,a,b,c,d,e}, 6바이트가 누락된 경우 완성은 {1,2,3,4일 수 있습니다. ,5 ,a,b,c,d,e,5,c,3,G,$,6}🎜🎜4.Java 구현🎜🎜🎜참고: AES 암호화에는 Base64 암호화가 포함됩니다🎜🎜🎜🎜🎜암호화:🎜 AES 암호화-> Base64 암호화-> 암호문 🎜🎜🎜 복호화: 🎜 Base64 복호화-> 일반 텍스트 🎜🎜🎜 테스트 주소: 여기를 클릭하세요 🎜🎜

4.1 키 및 오프셋 생성

16개의 임의의 대문자, 소문자 및 숫자 생성:

private static final String SYMBOLS = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"; // 数字和26个字母组成
private static final Random RANDOM = new SecureRandom();
/**
 * 获取长度为 6 的随机字母+数字
 * @return 随机数字
 */
public static String getRandomNumber() {
    char[] nonceChars = new char[16];  //指定长度为6位/自己可以要求设置
    for (int index = 0; index < nonceChars.length; ++index) {
        nonceChars[index] = SYMBOLS.charAt(RANDOM.nextInt(SYMBOLS.length()));
    }
    return new String(nonceChars);
}

4.2 AESUtil.java 소스 코드

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 ACGkaka
 * @since 2021-06-18 19:11:03
 */
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";
    /**
     * AES加密
     * @param content 待加密内容
     * @param aesKey  密码
     * @return
     */
    public static String encrypt(String content, String aesKey){
        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(aesKey) && aesKey.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = aesKey.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 aesKey is null or error!");
            return null;
        }
    }
    /**
     * 解密
     * 
     * @param content 待解密内容
     * @param aesKey  密码
     * @return
     */
    public static String decrypt(String content, String aesKey){
        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(aesKey) && aesKey.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = aesKey.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 aesKey is null or error!");
            return null;
        }
    }
    /**
     * AES_CBC加密
     * 
     * @param content 待加密内容
     * @param aesKey  密码
     * @return
     */
    public static String encryptCBC(String content, String aesKey){
        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(aesKey) && aesKey.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = aesKey.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 aesKey is null or error!");
            return null;
        }
    }
    /**
     * AES_CBC解密
     * 
     * @param content 待解密内容
     * @param aesKey  密码
     * @return
     */
    public static String decryptCBC(String content, String aesKey){
        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(aesKey) && aesKey.length() == 16){
            try {
                //对密码进行编码
                byte[] bytes = aesKey.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 aesKey is null or error!");
            return null;
        }
    }
    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 random = RandomStringUtils.random(16, "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890");
        System.out.println("随机key:" + random);
        System.out.println();
        System.out.println("---------加密---------");
        String aesResult = encrypt("测试AES加密12", random);
        System.out.println("aes加密结果:" + aesResult);
        System.out.println();
        System.out.println("---------解密---------");
        String decrypt = decrypt(aesResult, random);
        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AES加密12456", random);
        System.out.println("aes_cbc加密结果:" + cbcResult);
        System.out.println();
        System.out.println("---------解密CBC---------");
        String cbcDecrypt = decryptCBC(cbcResult, random);
        System.out.println("aes解密结果:" + cbcDecrypt);
        System.out.println();
    }
}

4.3 실행 결과

随机key:golrtt58318fx7ol
---------加密---------
aes加密结果:Xy8W9lCeVue9Ao36z+duM7D7WeS5tdBihIMb1q9KpNg=
---------解密---------
aes解密结果:测试AES加密12
--------AES_CBC加密解密---------
aes_cbc加密结果:xs3ypQXyd62P9jB0+RvOqxFnHIHBIlVdqoZLuqYNBLw=
---------解密CBC---------
aes解密结果:测试AES加密12456

4.4 온라인 확인

위 내용은 Java에서 AES 암호화 및 암호 해독 작업을 수행하는 방법의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!