AES算法

1.前言

对接资方的时候用到了AES加密算法，之前经常用但是没好好梳理一下，这次有空就简单梳理一下，方面日后整理学习。
AES是加密算法其中的一种，它是属于对称加密，对称加密的意思就是，加密以及解密用的都是同一个Key。相比于非对称加密RSA，SM2等，它的优点就是快。
为了了解AES，我们大概从以下几个方面入手

• 密钥支持的长度
• 常用的工作模式（ECB模式/CBC模式）
• Padding 的填充模式

2. 密钥

密钥是AES算法实现加解密的根本。AES 支持三种长度的密钥: 128bit (16B), 192bit(24B) , 256bit(32B)。
AES256 安全性最高，AES128性能最优。本质是它们的加密处理轮数不同。

AES128	10轮
AES192	12轮
AES256	14轮

而我们默认的就是AES128，也就是会循环10轮。

public static String generateAESKey() {
	KeyGenerator keyGenerator = null;
	try {
		keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
	} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
		return null;
	}
        // 这里代码秘钥的长度，128,192,256
	keyGenerator.init(128);
	SecretKey key = keyGenerator.generateKey();
	byte[] keyExternal = key.getEncoded();
	return Base64.encodeBase64String(keyExternal);
}

我们可以从如下图看出，生成的key的秘钥数组大小为 16，其中有些字符不是正常显示的ASCII。
也就是说, 我们可以随机生成一段长度为16、24、32大小的字符串也可以充当秘钥。

System.out.println(RandomUtil.randomString(16));

当然这种秘钥我理解是不安全的，不建议使用

3. 工作模式

3.1. ECB模式

ECB 模式是最简单块密码加密模式，加密前根据加密块大小（AES 128位）分成若干块，之后将每块使用相同的密钥单独加密，在该模式下，每个明文块的加密都是独立的，互不影响的。解密同理。
优势

• 简单
• 有利于并行计算

缺点

• 相同的明文块经过加密会变成相同的密文块，因此安全性较差。

3.2. CBC模式

CBC模式引入一个新的概念：初始向量IV。IV的作用和MD5的"加盐"有些类似，目的是防止同样的明文块始终加密成相同的密文块。
CBC模式原理:在每个明文块加密前会让那个明文块和IV向量先做异或操作。IV作为初始化变量，参与第一个明文块的异或，后续的每个明文块和它前一个明文块所加密出的密文块相异或，这样相同的明文块加密出来的密文块显然不一样。
优势

• 安全性更高

缺点

• 无法并行计算，性能上不如ECB
• 引入初始向量IV，增加复杂度

4. 常用的填充方式

AES 算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文加密成一整段密文，而是把明文拆分成几组独立的明文块，每一个明文块的长度128bit（16B），最后不足128bit(16B),会根据不同的Padding 填充模式进行填充，然后进行加密。
总结：加密过程是先处理pading，后加密。解密过程是先进行分块解密，最后在处理Padding。
例如：一段明文的长度198bit，按照128bit 拆分，第二个之后70bit，不足128bit，就需要对明文块进⾏填充（Padding）。

4.1 NoPadding

不做任何填充，要求明文必须是16字节的整数倍。

4.2 PKC5Padding(推荐)

明文块少于128bit（16B）,在明文块的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。
如 明文:{1,2,3,4,5,6,7,8, a,b,c},缺少5个字节，则补全为{1,2,3,4,5,6,7,8, a,b,c,5,5,5,5,5,5}

4.3 ISO10126Padding

明文块少于128bit（16B）,在明文块的末尾补足相应数量的字符，最后一个字符值等于缺少的字符数，其他字符填充随机数
如 明文{1,2,3,4,5,6,7,8, a,b,c},缺少5个字节，则补全为{1,2,3,4,5,6,7,8, a,b,c,e,i,o,p,k,5}
具体接口使用，请根据自己的业务需求去选择。

5. AES代码示例

private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";
private static final String ENCODING = StandardCharsets.UTF_8.name();
private static final String AES_ECB_MODE = "AES/ECB/PKCS5Padding";
private static final String AES_CBC_MODE = "AES/CBC/PKCS5Padding";

// 因为AES块 为16字节，所以IV必须为16字节
private static final String IV = RandomUtil.randomString(16);
private static final IvParameterSpec ips = new IvParameterSpec(IV.getBytes());

5.1 对称key的生成

// key只要在16、24、32大小即可

public static String generateAESKey() {
	KeyGenerator keyGenerator = null;
	try {
		keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
	} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
		return null;
	}
	keyGenerator.init(128);
	SecretKey key = keyGenerator.generateKey();
	byte[] keyExternal = key.getEncoded();
	return Base64.encodeBase64String(keyExternal);
}

5.2 加密

public static String encrypt(String content, String key) {
	try {
		byte[] bytesKey = Base64.decodeBase64(key);
		SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(bytesKey, KEY_ALGORITHM);
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB_MODE);// 创建密码器
		byte[] byteContent = content.getBytes(ENCODING);
		cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);// 初始化
		byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);// 加密
		return Base64.encodeBase64String(result);
	} catch (Exception e) {
	}
	return null;
}

5.3 解密

public static String decrypt(String content, String key) {
	try {
		byte[] bytesKey = Base64.decodeBase64(key);
		SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(bytesKey, KEY_ALGORITHM);
		Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_ECB_MODE);// 创建密码器
		cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);// 初始化
		byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(content));// 解密
		return new String(result);
	} catch (Exception e) {
	}
	return null;
}

备注：如果是CBC的模式，只要在cipher.init加入向量的ips即可