在本教程中,我们将看到如何使用JDK中的Java密码体系结构(JCA)来实现AES加密和解密。对称密钥块密码在数据加密中起重要作用。这意味着同一密钥可用于加密和解密。高级加密标准(AES)是一种广泛使用的对称密钥加密算法。
AES算法是一种迭代的对称密钥块密码,它支持128、192和256位的加密密钥(秘密密钥),以对128位的块中的数据进行加密和解密。
在AES中生成密钥的方法有两种:从随机数生成或从给定密码生成。
在第一种方法中,应该从像SecureRandom类这样的加密安全(伪)随机数生成器生成秘密密钥。为了生成密钥,我们可以使用KeyGenerator类。让我们定义一种用于生成大小为n(128、192和256)位的AES密钥的方法:
public static SecretKey generateKey(int n) throws NoSuchAlgorithmException { KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES"); keyGenerator.init(n); SecretKey key = keyGenerator.generateKey(); return key; }
在第二种方法中,可以使用基于密码的密钥派生功能(例如PBKDF2)从给定的密码派生AES秘密密钥。下面方法可通过65,536次迭代和256位密钥长度从给定密码生成AES密钥:
public static SecretKey getKeyFromPassword(String password, String salt) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException { SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256"); KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt.getBytes(), 65536, 256); SecretKey secret = new SecretKeySpec(factory.generateSecret(spec) .getEncoded(), "AES"); return secret; }
加密字符串
要实现输入字符串加密,我们首先需要根据上一节生成密钥和初始化向量IV:
IV是伪随机值,其大小与加密的块相同。我们可以使用SecureRandom类生成随机IV。
让我们定义一种生成IV的方法:
public static IvParameterSpec generateIv() { byte[] iv = new byte[16]; new SecureRandom().nextBytes(iv); return new IvParameterSpec(iv); }
下一步,我们使用getInstance()方法从Cipher类创建一个实例。
此外,我们使用带有秘密密钥,IV和加密模式的init()方法配置密码实例。最后,我们通过调用doFinal()方法对输入字符串进行加密。此方法获取输入字节并以字节为单位返回密文:
public static String encrypt(String algorithm, String input, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); byte[] cipherText = cipher.doFinal(input.getBytes()); return Base64.getEncoder() .encodeToString(cipherText); }
为了解密输入字符串,我们可以使用DECRYPT_MODE初始化密码来解密内容:
public static String decrypt(String algorithm, String cipherText, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv); byte[] plainText = cipher.doFinal(Base64.getDecoder() .decode(cipherText)); return new String(plainText); }
编写一个用于加密和解密字符串输入的测试方法:
@Test void givenString_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException { String input = "baeldung"; SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); String algorithm = "AES/CBC/PKCS5Padding"; String cipherText = AESUtil.encrypt(algorithm, input, key, ivParameterSpec); String plainText = AESUtil.decrypt(algorithm, cipherText, key, ivParameterSpec); Assertions.assertEquals(input, plainText); }
加密文件
现在,让我们使用AES算法加密文件。步骤是相同的,但是我们需要一些IO类来处理文件。让我们加密一个文本文件:
public static void encryptFile(String algorithm, SecretKey key, IvParameterSpec iv, File inputFile, File outputFile) throws IOException, NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); FileInputStream inputStream = new FileInputStream(inputFile); FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(outputFile); byte[] buffer = new byte[64]; int bytesRead; while ((bytesRead = inputStream.read(buffer)) != -1) { byte[] output = cipher.update(buffer, 0, bytesRead); if (output != null) { outputStream.write(output); } } byte[] outputBytes = cipher.doFinal(); if (outputBytes != null) { outputStream.write(outputBytes); } inputStream.close(); outputStream.close(); }
请注意,不建议尝试将整个文件(尤其是大文件)读入内存。相反,我们一次加密一个缓冲区。
为了解密文件,我们使用类似的步骤,并使用DECRYPT_MODE初始化密码,如前所述。
再次,让我们定义一个用于加密和解密文本文件的测试方法。在这种方法中,我们从测试资源目录中读取baeldung.txt文件,将其加密为一个名为baeldung.encrypted的文件,然后将该文件解密为一个新文件:
@Test void givenFile_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IOException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException { SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); String algorithm = "AES/CBC/PKCS5Padding"; IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); Resource resource = new ClassPathResource("inputFile/baeldung.txt"); File inputFile = resource.getFile(); File encryptedFile = new File("classpath:baeldung.encrypted"); File decryptedFile = new File("document.decrypted"); AESUtil.encryptFile(algorithm, key, ivParameterSpec, inputFile, encryptedFile); AESUtil.decryptFile( algorithm, key, ivParameterSpec, encryptedFile, decryptedFile); assertThat(inputFile).hasSameTextualContentAs(decryptedFile); }
基于密码加密解密
我们可以使用从给定密码派生的密钥进行AES加密和解密。
为了生成密钥,我们使用getKeyFromPassword()方法。加密和解密步骤与字符串输入部分中显示的步骤相同。然后,我们可以使用实例化的密码和提供的密钥来执行加密。
让我们写一个测试方法:
@Test void givenPassword_whenEncrypt_thenSuccess() throws InvalidKeySpecException, NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException { String plainText = "www.baeldung.com"; String password = "baeldung"; String salt = "12345678"; IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); SecretKey key = AESUtil.getKeyFromPassword(password,salt); String cipherText = AESUtil.encryptPasswordBased(plainText, key, ivParameterSpec); String decryptedCipherText = AESUtil.decryptPasswordBased( cipherText, key, ivParameterSpec); Assertions.assertEquals(plainText, decryptedCipherText); }
加密对象
为了加密Java对象,我们需要使用SealedObject类。该对象应可序列化。让我们从定义学生类开始:
public class Student implements Serializable { private String name; private int age; // standard setters and getters }
接下来,让我们加密Student对象:
public static SealedObject encryptObject(String algorithm, Serializable object, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, IOException, IllegalBlockSizeException { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); SealedObject sealedObject = new SealedObject(object, cipher); return sealedObject; }
稍后可以使用正确的密码解密加密的对象:
public static Serializable decryptObject(String algorithm, SealedObject sealedObject, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, ClassNotFoundException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException, IOException { Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv); Serializable unsealObject = (Serializable) sealedObject.getObject(cipher); return unsealObject; }
让我们写一个测试用例:
@Test void givenObject_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException, IOException, BadPaddingException, ClassNotFoundException { Student student = new Student("Baeldung", 20); SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); String algorithm = "AES/CBC/PKCS5Padding"; SealedObject sealedObject = AESUtil.encryptObject( algorithm, student, key, ivParameterSpec); Student object = (Student) AESUtil.decryptObject( algorithm, sealedObject, key, ivParameterSpec); assertThat(student).isEqualToComparingFieldByField(object); }
可以在GitHub上获得本文的完整源代码 。
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