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对称加解密算法解析
一、概述
cryptosystem密码学系统分为私钥系统及公钥系统。
私钥系统:指加解密双方事先做了私有信息约定,采用对称密钥算法;
公钥系统:指发送方用公开凭证对数据进行加密后传输,接收方使用私有凭证进行解密,采用非对称密钥算法;
对称加密分类
流加密(stream cipher),加密和解密双方使用相同伪随机加密数据流,一般都是逐位异或或者随机置换数据内容,常见的流加密算法如RC4。
分组加密加密(block cipher),也叫块加密,将明文分成多个等长的模块(block),使用确定的算法和对称密钥对每组分别加密解密。
高级的分组加密建立以迭代的方式产生密文,每轮产生的密文都使用不同的子密钥,而子密钥生成自原始密钥。
数据加密中分组方式成为分组模式,如ECB;当加密中数据长度不足以满足分组时需要进行填充,此时采用的方式对应填充算法,如PKCS5Padding。
二、对称密钥算法
DES
Data Encryption Standard,数据加密标准,由IBM研究设计。
密钥长度8字节,有效位56bit;其中,分组为64bit=8字节。
3DES
DES像 AES过渡的加密标准。
由3个64bit的DES密钥对数据进行三次加密。
密钥长度为24字节,有效位168bit。
AES
Advanced Encryption Standard,高级加密标准。
包括AES-128;AES-192;AES-256算法,分组大小为128bit=16字节。
三、密码分组模式
1 ECB
Electronic Code Book,电码本模式
相同分组输出相同的密钥,简单且利于并行运算,但无法隐藏模式,也容易招致攻击
2 CBC
Cipher Block Chaining,密文分组链模式
需要初始化向量IV(长度与分组大小相同),第一组的密文与第二组数据XOR计算后再进行加密产生第二组密文
安全性较好,TLS、IPSec等标准的推荐模式,但不利于并行运算
3 CFB
Cipher Feedback,密文反馈模式
4 OFB
Output Feedback (OFB),输出反馈模式
三、填充算法
1 NoPadding,无填充算法,通常要求数据满足分组长度要求;
2 ZerosPadding,全部填充为0;
3 PKCS5Padding,填充字节数;
4 others…
DES像 AES过渡的加密标准
由3个64bit的DES密钥对数据进行三次加密
密钥长度为24字节,有效位168bit
四、代码示例
/** * 加密工具类 * * <pre> * AES支持128/192/256,取决于密钥长度(与位数对应) * DES密钥长度8字节 * 3DES密钥长度24字节 * * 采用CBC 需指定初始向量IV,长度与分组大小相同 * DES为8字节;AES为16字节 * * </pre> */public class Crypto { static { // add bouncycastle support for md4 etc.. Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); } public static enum CryptType { DES_ECB_PKCS5("DES/ECB/PKCS5Padding"), DES_CBC_PKCS5("DES/CBC/PKCS5Padding", 8), DESede_ECB_PKCS5("DESede/ECB/PKCS5Padding"), DESede_CBC_PKCS5("DESede/CBC/PKCS5Padding", 8), AES_ECB_PKCS5("AES/CBC/PKCS5Padding", 16), AES_CBC_PKCS5("AES/CBC/PKCS5Padding", 16), AES_CBC_PKCS7("AES/CBC/PKCS7Padding", 16); public final String algorithm; public final String keyAlg; public final int ivlen; private CryptType(String algorithm, int ivlen) { this.algorithm = algorithm; this.keyAlg = this.algorithm.substring(0, this.algorithm.indexOf(‘/‘)); this.ivlen = ivlen; } private CryptType(String algorithm) { this(algorithm, 0); } @Override public String toString() { return this.algorithm; } } /** * Initialize the key * * @param type * @return */ public static String initKey(CryptType type) { try { KeyGenerator generator = KeyGenerator.getInstance(type.keyAlg); SecretKey secretKey = generator.generateKey(); byte[] key = secretKey.getEncoded(); return Codec.byteToHexString(key); } catch (Exception e) { throw new RuntimeException(e); } } /** * generate default ivparam for type * * @return */ public static byte[] generateDefaultIv(CryptType type) { byte[] iv = new byte[type.ivlen]; for (int i = 0; i < iv.length; i++) { iv[i] = 0x01; } return iv; } /** * Encrypt the value with the encryption standard. * * @param value * raw string * @param key * in hex format * @param iv * in hex format if exist * @param type * @return result in hex format */ public static String encrypt(String value, String key, String iv, CryptType type) { byte[] dvalue; try { dvalue = value.getBytes("utf-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e) { throw new RuntimeException(e); } byte[] dkey = Codec.hexStringToByte(key); byte[] div = null; if (iv != null && iv.length() > 0) { div = Codec.hexStringToByte(iv); } byte[] result = encrypt(dvalue, dkey, div, type); return Codec.byteToHexString(result); } /** * Encrypt the value with the encryption standard. * * <pre> * key must have the corresponding length. * * if use cbc mode which need iv param, the iv must not be null, * and iv data length is 16 for aes, 8 for des * * </pre> * * @param value * @param key * @param iv * @return */ public static byte[] encrypt(byte[] value, byte[] key, byte[] iv, CryptType type) { try { SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(key, type.keyAlg); Cipher cipher = Cipher.getInstance(type.algorithm); IvParameterSpec ivparamSpec = null; if (iv != null) { ivparamSpec = new IvParameterSpec(iv); } cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, ivparamSpec); return cipher.doFinal(value); } catch (Exception ex) { throw new RuntimeException(ex); } } /** * Encrypt the value with the encryption standard. * * @param value * encoded data in hex format * @param key * in hex format * @param iv * in hex format if exist * @param type * @return result raw string */ public static String decrypt(String value, String key, String iv, CryptType type) { byte[] dvalue =http://www.mamicode.com/ Codec.hexStringToByte(value); byte[] dkey = Codec.hexStringToByte(key); byte[] div = null; if (iv != null && iv.length() > 0) { div = Codec.hexStringToByte(iv); } byte[] result = decrypt(dvalue, dkey, div, type); try { return new String(result, "utf-8"); } catch (UnsupportedEncodingException e) { throw new RuntimeException(e); } } /** * Decrypt the value with the encryption standard. * * <pre> * key must have the corresponding length. * * if use cbc mode which need iv param, the iv must not be null, * and iv data length is 16 for aes, 8 for des * * </pre> * * @param value * @param key * @param iv * @param type * @return */ public static byte[] decrypt(byte[] value, byte[] key, byte[] iv, CryptType type) { try { SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(key, type.keyAlg); Cipher cipher = Cipher.getInstance(type.algorithm); IvParameterSpec ivparamSpec = null; if (iv != null) { ivparamSpec = new IvParameterSpec(iv); } cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, ivparamSpec); return cipher.doFinal(value); } catch (Exception ex) { throw new RuntimeException(ex); } }}
key 长度受限问题
Exception in thread "main" java.security.InvalidKeyException: Illegal key size or default parameters
问题原因:因软件出版政策原因,默认 jdk 环境做了限制,当AES加密密钥大于128位时,会出现以上异常;
解决办法:下载JCE扩展,替换至 ${java_home}/jre/lib/security
http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html
五、参考文档:
http://m.blog.csdn.net/article/details?id=51066799
http://www.blogjava.net/amigoxie/archive/2014/07/06/415503.html
对称加解密算法解析