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AES加密

2024-08-08 20:44:52   219人阅读

aes（高级加密标准）

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

设计思想编辑

Rijndael密码的设计力求满足以下3条标准：
① 抵抗所有已知的攻击。
② 在多个平台上速度快，编码紧凑。
③ 设计简单。
当前的大多数分组密码，其轮函数是Feistel结构。
Rijndael没有这种结构。
Rijndael轮函数是由3个不同的可逆均匀变换
Rijndael (State, ExpandedKey)
{
AddRoundKey (State, ExpandedKey);
for (i=1; i <Nr; i ++)
Round (State, ExpandedKey+Nb* i);
FinalRound (State, ExpandedKey+Nb*Nr)
}
Round (State, RoundKey)
{
ByteSub (State);
ShiftRow (State);
MixColumn (State);
AddRoundKey (State, RoundKey)
}
FinalRound (State, RoundKey)
{
ByteSub (State);
ShiftRow (State);
AddRoundKey (State, RoundKey)
}

5密码说明编辑

严格地说，AES和Rijndael加密法并不完全一样（虽然在实际应用中二者可以互换），因为Rijndael加密法可以支持更大范围的区块和密钥长度：AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256比特为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。
大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。
AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“状态（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤：
  1. AddRoundKey — 矩阵中的每一个字节都与该次轮秘钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
  2. SubBytes — 通过个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
  3. ShiftRows — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
  4. MixColumns — 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。
最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。[1] 

6加密标准编辑

对称密码体制的发展趋势将以分组密码为重点。分组密码算法通常由密钥扩展算法和加密（解密）算法两部分组成。密钥扩展算法将b字节用户主密钥扩展成r个子密钥。加密算法由一个密码学上的弱函数f与r个子密钥迭代r次组成。混乱和密钥扩散是分组密码算法设计的基本原则。抵御已知明文的差分和线性攻击，可变长密钥和分组是该体制的设计要点。
AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。
AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥长度的最少支持为128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一种密码算法RIJNDAEL 作为 AES.
在应用方面，尽管DES在安全上是脆弱的，但由于快速DES芯片的大量生产，使得DES仍能暂时继续使用，为提高安全强度，通常使用独立密钥的三级DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全，但未被列入下一代加密标准。
AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。

上代码
private static String byteArrayToHexString(byte[] raw) {
         StringBuilder sb = new StringBuilder(2 + raw.length * 2);
        // sb.append("0x");
         for (int i = 0; i < raw.length; i++) {
             sb.append(String.format("%02X", Integer.valueOf(raw[i] & 0xFF)));
         }
         return sb.toString();
     }


    private static byte[] hexStringToByteArray(String hex) {
         Pattern replace = Pattern.compile("^0x");
         String s = replace.matcher(hex).replaceAll("");


         byte[] b = new byte[s.length() / 2];
         for (int i = 0; i < b.length; i++){
           int index = i * 2;
           int v = Integer.parseInt(s.substring(index, index + 2), 16);
           b[i] = (byte)v;
         }
         return b;
    }
	/*
     * 解密
    */
    private static String Decrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception {
        // 判断Key是否正确
        if (sKey == null) {
            System.out.print("Key为空null");
            return null;
        }
        byte[] enCodeFormat = shortmd5(sKey);
        SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat , "AES");

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE , skeySpec);
        
        byte[] encrypted1 = hexStringToByteArray(sSrc);
        byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1);
        String originalString = new String(original);
        return originalString;
    }

    /*
     * 加密
     */
    private static String Encrypt(String sSrc, String sKey) throws Exception {
        if (sKey == null) {
            System.out.print("Key为空null");
            return null;
        }
        byte[] enCodeFormat = shortmd5(sKey);
        SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat , "AES");

        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE , skeySpec);
        byte[] encrypted = cipher.doFinal(sSrc.getBytes());
        return byteArrayToHexString(encrypted).toLowerCase();
    }

    private static byte[] shortmd5(String b) throws Exception
    {
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        md.update(b.getBytes("UTF-8"));
        byte[] digest = md.digest();
        return digest;
    }
	
    
    
    /*
     * 加密
     */
    public static String KeyEncrypt(String UnitID,String  DeptID,String  DeptName,String UserID, String UserName) throws Exception {
       
    	String  _key ="and@123_."+UnitID;
    	
    	String _DeptID = AES.Encrypt(DeptID,_key+"deptid");
    	String _DeptName = AES.Encrypt(DeptName,_key+"deptname");
    	String _UserID = AES.Encrypt(UserID,_key+"userid");
    	String _UserName = AES.Encrypt(UserName,_key+"username");
    	String  _keyid =_DeptID+"_"+_DeptName+"_"+_UserID+"_"+_UserName;

    	return _keyid;
    }
    
    /*
     * 加密
     */
    public static String KeyEncrypt(String UnitID,String UserID) throws Exception {
       
    	String  _key ="and@123_."+UnitID;
    	String _UserID = AES.Encrypt(UserID,_key+"userid");
    	return _UserID;
    }
    
    /**
     * 解密为Userid
     * @param UnitID
     * @param content
     * @return
     */
    public static String DeCodeUserId(String UnitID,String content){
    	String  _key ="and@123_."+UnitID;
    	String key = content.split("_")[2];
    	try {
			return AES.Decrypt(key, _key+"userid");
		} catch (Exception e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
			return null;
		}
    }


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