带你详细了解AES算法《附带java、vue实现》

原创

Java king

发布于 2023-03-07 18:12:09

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发布于 2023-03-07 18:12:09

文章被收录于专栏：后端Java后端Java

不论前途如何，不管发生什么事情，我们都不失去希望，希望是一种美德。——《雨果传》

1.加密算法

在密码学中，加密算法分为单向加密和双向加密。
单向加密包括MD5、SHA等摘要算法，它们是不可逆的。
双向加密包括对称加密和非对称加密。双向加密是可逆的，存在密文的密钥。
对称加密是指加密和解密使用相同的密钥，包括AES加密、DES加密等。
非对称加密是指加密和解密使用不同的密钥，包括RSA加密等。

2.AES介绍

AES： 高级加密标准（Advanced Encryption Standard）是美国联邦政府采用的一种区块加密标准，是目前最流行的一种对称加密算法。

是用来替代DES的新一代分组加密算法。
AES支持三种长度的密钥：128位、192位、256位。

3.AES的加密过程（AES处理单位：字节）

AES的加解密过程和DES一样，都是通过分组加密、分组解密。所谓分组加密，就是将待加解密的内容按照128位进行分组，将密钥按照128位、192位、256位进行分组，分别将分组后的明文与相应分组后的密钥进行加解密。

加密：明文与密钥分组后，对每组：明文组与密钥组处理 -> 轮密钥加 -> 10轮加密 -> 密文组解密：对每组：密文组 -> 轮密钥加 -> 10轮解密 -> 明文组

明文分组：每组长度相等，都是128位（16字节）；密钥分组：有128位、192位、256位，推荐加密轮数分别为 10、12、14

密钥组处理：以密钥分组每组128位为例（则推荐加密轮数为10，前9次执行操作一样，第十次有所不同）类似地，128位密钥也是用字节为单位的矩阵表示，通过密钥编排函数，形成具有44个元素的序列W[0],W[1], … ,W[43]（每个元素4个字节）；其中，W[0],W[1],W[2],W[3]为原始密钥，其余40个元素分为10组，每组4个元素（4*4=16字节），分别用于10轮加密。

AES加密算法涉及4种操作： 字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。下图给出了AES加解密的流程：

AddRoundKey （轮密钥加）— 矩阵中的每一个字节都与该次轮密钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。
SubBytes（字节替代） — 通过非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。
ShiftRows（行移位） — 将矩阵中的每个横列进行循环式移位。
MixColumns （列混淆）— 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。

4.代码实现

1.生成密钥

  public static String genAesSecret(){
    try {
      KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
      //密钥长度，单位：字节，AES支持128、192、256字节长度的密钥，上面文章已介绍
      keyGenerator.init(128);
      SecretKey sk = keyGenerator.generateKey();
      byte[] b = sk.getEncoded();
      return Base64.encodeBase64String(b);
    }
    catch (NoSuchAlgorithmException e) {
      e.printStackTrace();
      throw new RuntimeException("没有此算法");
    }
  }

2.AES加密

  public static String aesEncrypt(String content) throws Exception {
    //指定加密算法
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
    //创建加密规则：指定key和加密类型
    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET.getBytes(), "AES");
    //指定加密模式为加密，指定加密规则
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec);
    //调用加密方法
    byte[] result = cipher.doFinal(content.getBytes());
    //用Base64编码
    return new String(java.util.Base64.getEncoder().encode(result));
  }

3.AES解密

  public static String aesDecrypt(String content) throws Exception {
    //Base64解码
    byte[] result = java.util.Base64.getDecoder().decode(content);
    //指定加密算法
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
    //创建加密规则：指定key和加密类型
    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(SECRET.getBytes(), "AES");
    //指定加密模式为解密，指定加密规则
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec);
    return new String(cipher.doFinal(result));
  }

注意：SECRET.getBytes()我这里是一个常量密钥，通过密钥生成后写成常量SECRET。

4.前端解密

安装依赖

npm install crypto-js --save-dev

// 引入
import CryptoJS from 'crypto-js'

// 密钥
const AES_KEY = 'P@S5W0rDK3yBACHU' // 后端提供

// 解密
export function decrypt (word) {
  var key = CryptoJS.enc.Utf8.parse(AES_KEY)
  var decrypt = CryptoJS.AES.decrypt(word, key, {
    mode: CryptoJS.mode.ECB,
    padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
  })
  return CryptoJS.enc.Utf8.stringify(decrypt).toString()
}