Java 实现 AES 对称加密算法的加密和解密

你的名字 2021-09-22 22:16 357阅读 0赞

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`AES`（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是一种对称加密算法，加密和解密使用相同的密钥。

## 1. AES 加密/解密 代码实例 ##

Java 代码实现 AES 加密/解密 一般步骤：先根据原始的密码（字节数组/字符串）生成 AES密钥对象；再使用 AES密钥对象 加密/解密 数据。

package com.xiets.aes;
    
    import javax.crypto.Cipher;
    import javax.crypto.KeyGenerator;
    import javax.crypto.SecretKey;
    import java.security.SecureRandom;
    
    /** * @author xietansheng */
    public class Main { 
    
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            String content = "Hello world!";        // 原文内容
            String key = "123456";                  // AES加密/解密用的原始密码
    
            // 加密数据, 返回密文
            byte[] cipherBytes = encrypt(content.getBytes(), key.getBytes());
    
            // 解密数据, 返回明文
            byte[] plainBytes = decrypt(cipherBytes, key.getBytes());
    
            // 输出解密后的明文: "Hello world!"
            System.out.println(new String(plainBytes));
        }
    
        /** * 生成密钥对象 */
        private static SecretKey generateKey(byte[] key) throws Exception { 
            // 根据指定的 RNG 算法, 创建安全随机数生成器
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
            // 设置 密钥key的字节数组 作为安全随机数生成器的种子
            random.setSeed(key);
    
            // 创建 AES算法生成器
            KeyGenerator gen = KeyGenerator.getInstance("AES");
            // 初始化算法生成器
            gen.init(128, random);
    
            // 生成 AES密钥对象, 也可以直接创建密钥对象: return new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            return gen.generateKey();
        }
    
        /** * 数据加密: 明文 -> 密文 */
        public static byte[] encrypt(byte[] plainBytes, byte[] key) throws Exception { 
            // 生成密钥对象
            SecretKey secKey = generateKey(key);
    
            // 获取 AES 密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
            // 初始化密码器（加密模型）
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secKey);
    
            // 加密数据, 返回密文
            return cipher.doFinal(plainBytes);
        }
    
        /** * 数据解密: 密文 -> 明文 */
        public static byte[] decrypt(byte[] cipherBytes, byte[] key) throws Exception { 
            // 生成密钥对象
            SecretKey secKey = generateKey(key);
    
            // 获取 AES 密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
            // 初始化密码器（解密模型）
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secKey);
    
            // 解密数据, 返回明文
            return cipher.doFinal(cipherBytes);
        }
    
    }

## 2. AES 工具类封装: AESUtils.java ##

为了方便直接使用，将 AES 加密/解密相关方法封装成工具类，并且支持对文件的 AES 加密/解密。

一共封装 4 个公共静态方法：

// 数据加密: 明文 -> 密文
    byte[] encrypt(byte[] plainBytes, byte[] key)
    // 数据解密: 密文 -> 明文
    byte[] decrypt(byte[] cipherBytes, byte[] key)
    
    // 加密文件: 明文输入 -> 密文输出
    void   encryptFile(File plainIn, File cipherOut, byte[] key)
    // 解密文件: 密文输入 -> 明文输出
    void   decryptFile(File cipherIn, File plainOut, byte[] key)

`AESUtils.java`完整代码：

package com.xiets.aes;
    
    import javax.crypto.Cipher;
    import javax.crypto.KeyGenerator;
    import javax.crypto.SecretKey;
    import java.io.Closeable;
    import java.io.File;
    import java.io.FileInputStream;
    import java.io.FileOutputStream;
    import java.io.IOException;
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    import java.security.SecureRandom;
    
    /** * AES 对称算法加密/解密工具类 * * @author xietansheng */
    public class AESUtils { 
    
        /** 密钥长度: 128, 192 or 256 */
        private static final int KEY_SIZE = 128;
    
        /** 加密/解密算法名称 */
        private static final String ALGORITHM = "AES";
    
        /** 随机数生成器（RNG）算法名称 */
        private static final String RNG_ALGORITHM = "SHA1PRNG";
    
        /** * 生成密钥对象 */
        private static SecretKey generateKey(byte[] key) throws Exception { 
            // 创建安全随机数生成器
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance(RNG_ALGORITHM);
            // 设置 密钥key的字节数组 作为安全随机数生成器的种子
            random.setSeed(key);
    
            // 创建 AES算法生成器
            KeyGenerator gen = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
            // 初始化算法生成器
            gen.init(KEY_SIZE, random);
    
            // 生成 AES密钥对象, 也可以直接创建密钥对象: return new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
            return gen.generateKey();
        }
    
        /** * 数据加密: 明文 -> 密文 */
        public static byte[] encrypt(byte[] plainBytes, byte[] key) throws Exception { 
            // 生成密钥对象
            SecretKey secKey = generateKey(key);
    
            // 获取 AES 密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            // 初始化密码器（加密模型）
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secKey);
    
            // 加密数据, 返回密文
            byte[] cipherBytes = cipher.doFinal(plainBytes);
    
            return cipherBytes;
        }
    
        /** * 数据解密: 密文 -> 明文 */
        public static byte[] decrypt(byte[] cipherBytes, byte[] key) throws Exception { 
            // 生成密钥对象
            SecretKey secKey = generateKey(key);
    
            // 获取 AES 密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            // 初始化密码器（解密模型）
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secKey);
    
            // 解密数据, 返回明文
            byte[] plainBytes = cipher.doFinal(cipherBytes);
    
            return plainBytes;
        }
    
        /** * 加密文件: 明文输入 -> 密文输出 */
        public static void encryptFile(File plainIn, File cipherOut, byte[] key) throws Exception { 
            aesFile(plainIn, cipherOut, key, true);
        }
    
        /** * 解密文件: 密文输入 -> 明文输出 */
        public static void decryptFile(File cipherIn, File plainOut, byte[] key) throws Exception { 
            aesFile(plainOut, cipherIn, key, false);
        }
    
        /** * AES 加密/解密文件 */
        private static void aesFile(File plainFile, File cipherFile, byte[] key, boolean isEncrypt) throws Exception { 
            // 获取 AES 密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            // 生成密钥对象
            SecretKey secKey = generateKey(key);
            // 初始化密码器
            cipher.init(isEncrypt ? Cipher.ENCRYPT_MODE : Cipher.DECRYPT_MODE, secKey);
    
            // 加密/解密数据
            InputStream in = null;
            OutputStream out = null;
    
            try { 
                if (isEncrypt) { 
                    // 加密: 明文文件为输入, 密文文件为输出
                    in = new FileInputStream(plainFile);
                    out = new FileOutputStream(cipherFile);
                } else { 
                    // 解密: 密文文件为输入, 明文文件为输出
                    in = new FileInputStream(cipherFile);
                    out = new FileOutputStream(plainFile);
                }
    
                byte[] buf = new byte[1024];
                int len = -1;
    
                // 循环读取数据 加密/解密
                while ((len = in.read(buf)) != -1) { 
                    out.write(cipher.update(buf, 0, len));
                }
                out.write(cipher.doFinal());    // 最后需要收尾
    
                out.flush();
    
            } finally { 
                close(in);
                close(out);
            }
        }
    
        private static void close(Closeable c) { 
            if (c != null) { 
                try { 
                    c.close();
                } catch (IOException e) { 
                    // nothing
                }
            }
        }
    
    }

AESUtils 工具类的使用实例：

package com.xiets.aes;
    
    import java.io.File;
    
    /** * @author xietansheng */
    public class Main { 
    
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            String content = "Hello world!";        // 原文内容
            String key = "123456";                  // AES加密/解密用的原始密码
    
            // 加密数据, 返回密文
            byte[] cipherBytes = AESUtils.encrypt(content.getBytes(), key.getBytes());
            // 解密数据, 返回明文
            byte[] plainBytes = AESUtils.decrypt(cipherBytes, key.getBytes());
            // 输出解密后的明文: "Hello world!"
            System.out.println(new String(plainBytes));
    
            /* * AES 对文件的加密/解密 */
            // 将 文件demo.jpg 加密后输出到 文件demo.jpg_cipher
            AESUtils.encryptFile(new File("demo.jpg"), new File("demo.jpg_cipher"), key.getBytes());
            // 将 文件demo.jpg_cipher 解密后输出到 文件demo.jpg_plain
            AESUtils.decryptFile(new File("demo.jpg_cipher"), new File("demo.jpg_plain"), key.getBytes());
    
            // 对比 原文件demo.jpg 和 解密得到的文件demo.jpg_plain 两者的 MD5 将会完全相同
        }
    
    }

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