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本文出自【赵彦军的博客】

AES 简介

• DES 全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS）
• AES 密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），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（Data Encryption Standard），已经被多方分析且广为全世界所使用。

为什么 DES 被废弃？

我们知道数据加密标准（Data Encryption Standard: DES）的密钥长度是56比特，因此算法的理论安全强度是2的56次方。但二十世纪中后期正是计算机飞速发展的阶段，元器件制造工艺的进步使得计算机的处理能力越来越强，DES将不能提供足够的安全性。

简单来说，DES标准的秘钥长度要求太短，安全性不够。

为什么AES算法被称为 Rijndael 算法？

1997年1月2号，美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology: NIST）宣布希望征集高级加密标准（Advanced Encryption Standard: AES）[3]，用以取代DES。AES得到了全世界很多密码工作者的响应，先后有很多人提交了自己设计的算法。最终有5个候选算法进入最后一轮：Rijndael，Serpent，Twofish，RC6和MARS，下图分别为其中的5位作者。最终经过安全性分析、软硬件性能评估等严格的步骤，Rijndael算法获胜。

为什么AES算法安全性高？

AES的区块长度固定为128位，密钥长度则可以是128 bit，192 bit 或256位 bit 。换算成字节长度，就是密码必须是 16个字节，24个字节，32个字节。AES密码的长度更长了，破解难度就增大了，所以就更安全。

对称加密

• 对称加密 ： 也就是加密秘钥和解密秘钥是一样的。
• 非对称加密 ： 也就是加密秘钥和解密秘钥是不一样的。

AES 是对称加密算法，优点：加密速度快；缺点：如果秘钥丢失，就容易解密密文，安全性相对比较差

RSA 是非对称加密算法 ， 优点：安全 ；缺点：加密速度慢

AES加密需要：明文 + 密钥+ 偏移量（IV）+密码模式(算法/模式/填充)
AES解密需要：密文 + 密钥+ 偏移量（IV）+密码模式(算法/模式/填充)

AES的算法模式一般为 AES/CBC/PKCS5Padding

加密模式

AES的加密模式有以下几种

• 电码本模式(ECB)
• 密码分组链接模式(CBC)
• 计算器模式(CTR)
• 密码反馈模式(CFB)
• 输出反馈模式(OFB)

密码分组链接模式(CBC)：将整段明文切成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。

根据图示，在 CBC 模式下，使用 AES 加解密方式进行分组加解密时，需要用到的两个参数

• 1、初始化向量，也就是偏移量

• 2、加解密秘钥

PKCS5Padding到底是什么？

为什么 JAVA 里指定算法时，写的是 AES/CBC/PKCS5Padding，每个都是什么含义，又有什么作用。

• AES，加解密算法

• CBC，数据分组模式

• PKCS5Padding，数据按照一定的大小进行分组，最后分剩下那一组，不够长度，就需要进行补齐， 也可以叫 补齐模式

简单的说：拿到一个原始数据以后，首先需要对数据进行分组，分组以后如果长度不满足分组条件，需要进行补齐，最后形成多个分组，在使用加解密算法，对这多个分组进行加解密。所以这个过程中，AES，CBC，PKCS5Padding 缺一不可。

在对数据进行加解密时，通常将数据按照固定的大小（block size）分成多个组，那么随之就产生了一个问题，如果分到最后一组，不够一个 block size 了，要怎么办？此时就需要进行补齐操作。

补齐规则：The value of each added byte is the number of bytes that are added, i.e. N bytes, each of value N are added.

举例：

36 位的 UUID，如果按照 block size=16 字节（即 128 比特），那么就需要补齐到 48 位，差 12 个字节。那么最后填充的 12 个字节的内容，都是字节表示的 0x0c（即 12）。

偏移量

偏移量 的添加一般是为了增加 AES 加密的复杂度，增加数据的安全性。一般在 AES_256 中会使用到 偏移量 ，而在 AES_128 加密中不会使用到。

字符集

在 AES 加密中，特别也要注意到字符集的问题。一般用到的字符集是 utf-8 和 gbk 。

实际工作中的加密流程

在实际的工作中，客户端跟服务器交互一般都是字符串格式，所以一个比较好的加密流程是：

• 加密流程 ：明文通过 密钥 (有时也需要 偏移量 )，利用 AES 加密算法，然后通过 Base64 转码，最后生成加密后的字符串。
• 解密流程 ：加密后的字符串通过 密钥 (有时也需要 偏移量 )，利用 AES 解密算法，然后通过 Base64 转码，最后生成解密后的字符串。

AES 加密/解密 注意的问题

AES 加密/解密的时候，通常是用在服务端和客户端通讯的过程中，一端加密传输，另一端解密使用。虽然 AES 加密看似简单，但在使用过程过程中，仍然会出现在一端加密ok，但是另一端解密失败的情况。一旦出现 AES 解密失败，我们可以通过以下几个方面进行排查：

1. AES 加密/解密 使用相同的密钥
2. 若涉及到偏移量，则AES 加密/解密 使用的偏移量要一样
3. AES 加密/解密 要使用相同加密数位，如都使用`AES_256`
4. AES 加密/解密 使用相同的字符集
5. AES 加密/解密 使用相同的加密，填充模式，如都使用`AES/CBC/PKCS5Padding`模式
6. 由于不同开发语言(如C 和 Java)及不同开发环境(如 Java 和 Android)的影响，可能相同的加解密算法在实现上出现差异，若你们注意到这个差异，就可能导致加解密出现问题

最后，当我们需要验证自己的 AES 解密算法是否与别人的加密方法为一套的时候。可以让加密方发你一份加密后的密文和加密前的明文，然后你用密文解密，看解密结果和加密方发你的是否一致。需要注意的是，加密方给你的明文要尽量简洁，如就 中国 二字，这样既能看出加密方和解密方的字符集是否一致，而且能避免复制粘贴等环节出现空格，回车等转义字符对验证结果的干扰。

实战，AES加解密

首先定义加密、解密工具类

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.IOException;
import java.security.GeneralSecurityException;

/**
 * AES加解密工具类
 */
public class AES {

    /**
     * AES加密
     *
     * @param key
     * @param iv
     * @throws GeneralSecurityException
     * @throws IOException
     */
    public static byte[] encryptAes(byte[] data, byte[] key, byte[] iv)
            throws GeneralSecurityException, IOException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "AES"), new IvParameterSpec(iv));
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * AES解密
     *
     * @param key
     * @param iv
     * @return
     * @throws GeneralSecurityException
     * @throws IOException
     */
    public static byte[] decryptAesToByteString(byte[] data, byte[] key, byte[] iv)
            throws GeneralSecurityException, IOException {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "AES"), new IvParameterSpec(iv));
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

加密和解密的代码很像，唯一的不同点是，加密 Cipher.ENCRYPT_MOD ， 解密用的是 Cipher.DECRYPT_MODE

下面我们写一个测试代码：

        try {
            //加密密码
            String key = "zhaoyanjunzhaoy1";
            //偏移量
            String iv = "1234567890123456";

            String message = "今天是周二，我好开心";

            //加密
            byte[] encryResult = AES.encryptAes(message.getBytes(), key.getBytes(), iv.getBytes());

            //解密
            byte[] decryResult = AES.decryptAesToByteString(encryResult, key.getBytes(), iv.getBytes());
            System.out.println("解密数据 = " + new String(decryResult));

        } catch (IOException | GeneralSecurityException e) {
            e.printStackTrace();
        }

输出结果：

解密数据 = 今天是周二，我好开心

可以看到数据已经正常解密了。