java 加密與解密藝術

 視頻來自黑馬程序員公開課

對稱加密之后的密文可能存在亂碼，這些亂碼無法識別，信息經過加密后會變成一串毫無規律的二進制串，此時再選擇一種編碼方式來展示，通常是 BASE64 格式的編碼。

為了解決這個問題，讓將加密后的密文用Base64進行加密，加密之后的字符不再是亂碼

BASE64 編碼是將所有信息都編碼成只用大小寫字母、0-9數字以及 + 和 / 64個字符表示，所有稱作 BASE64。

不同的編碼所應用的場景不同，比如 UTF-8 傾向於在終端上呈現各種復雜字符包括簡體、繁體中文、日文、韓文等等數據時所使用的一種編碼格式。而 BASE64 編碼通常用於在網絡中傳輸較長的信息時所使用的一種編碼格式。

基於以上種種，目前較為常見的 app 與服務端交互的一套加解密、編解碼流程就是：UTF-8 + AES + BASE64

這里我們在后面將進行詳細的講解

這里來看下面的這個案例：

des的加密和解密

package com.weiyuan.test;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.KeySpec;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;

public class DESCrypt {

    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        String input ="黑馬程序員";
        String password="2222222222";
        
        byte[] desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的數據
        System.out.println("加密之后的數據是："+new String(desJiami));
        
        byte[] desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的數據是："+new String(desJianMi));
        
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static byte[] desJiami(String input ,String password) throws Exception{
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        return encryptBytes;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static byte[] desJianMi(byte[] encryptBytes ,String password) throws Exception{
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(encryptBytes);
        return decryptBytes;
    }
}

 

這里需要特別強調的是：

標准DES就一個密鑰64位，des的加解密的密鑰長度必須是8個字節，

String password="2222222222";

否則有問題，這里要特別的強調

我們來看程序運行的結果：

我們看到經過des加密之后的密文是一個亂碼，為了解決這個問題，我們可以將加密之后的密文進行base64編碼

 

我們來看下具體的案例

 將加密之后的數據通過base64編碼之后得到不是亂碼，將該數據傳遞到后台服務器，服務器首先使用base64解碼，然后再使用des解碼

package com.weiyuan.test;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
 
public class Base64Util {
    private static final char[] base64EncodeChars = new char[] { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P', 'Q',
            'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p', 'q', 'r',
            's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z', '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/' };
 
    private static byte[] base64DecodeChars = new byte[] { -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
            -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 62, -1, -1, -1, 63, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60,
            61, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, -1, -1, -1,
            -1, -1, -1, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, -1, -1, -1, -1, -1 };
 
    private Base64Util() {
    }
 
    /**
     * 將字節數組編碼為字符串
     *
     * @param data
     */
    public static String encode(byte[] data) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        int len = data.length;
        int i = 0;
        int b1, b2, b3;
 
        while (i < len) {
            b1 = data[i++] & 0xff;
            if (i == len) {
                sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                sb.append(base64EncodeChars[(b1 & 0x3) << 4]);
                sb.append("==");
                break;
            }
            b2 = data[i++] & 0xff;
            if (i == len) {
                sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4) | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
                sb.append(base64EncodeChars[(b2 & 0x0f) << 2]);
                sb.append("=");
                break;
            }
            b3 = data[i++] & 0xff;
            sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
            sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4) | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
            sb.append(base64EncodeChars[((b2 & 0x0f) << 2) | ((b3 & 0xc0) >>> 6)]);
            sb.append(base64EncodeChars[b3 & 0x3f]);
        }
        return sb.toString();
    }
 
    /**
     * 灝哹ase64瀛楃涓茶В鐮佷負瀛楄妭鏁扮粍
     *
     * @param str
     */
    public static byte[] decode(String str) throws Exception {
        byte[] data = str.getBytes("GBK");
        int len = data.length;
        ByteArrayOutputStream buf = new ByteArrayOutputStream(len);
        int i = 0;
        int b1, b2, b3, b4;
 
        while (i < len) {
 
            /* b1 */
            do {
                b1 = base64DecodeChars[data[i++]];
            } while (i < len && b1 == -1);
            if (b1 == -1) {
                break;
            }
 
            /* b2 */
            do {
                b2 = base64DecodeChars[data[i++]];
            } while (i < len && b2 == -1);
            if (b2 == -1) {
                break;
            }
            buf.write((b1 << 2) | ((b2 & 0x30) >>> 4));
 
            /* b3 */
            do {
                b3 = data[i++];
                if (b3 == 61) {
                    return buf.toByteArray();
                }
                b3 = base64DecodeChars[b3];
            } while (i < len && b3 == -1);
            if (b3 == -1) {
                break;
            }
            buf.write(((b2 & 0x0f) << 4) | ((b3 & 0x3c) >>> 2));
 
            /* b4 */
            do {
                b4 = data[i++];
                if (b4 == 61) {
                    return buf.toByteArray();
                }
                b4 = base64DecodeChars[b4];
            } while (i < len && b4 == -1);
            if (b4 == -1) {
                break;
            }
            buf.write(((b3 & 0x03) << 6) | b4);
        }
        return buf.toByteArray();
    }
}

 

package com.weiyuan.test;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.KeySpec;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;

public class DESCrypt {

    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        String input ="黑馬程序員";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的數據
        System.out.println("加密之后的數據是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的數據是："+desJianMi);
        
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJiami(String input ,String password) throws Exception{
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //將加密之后的數據采用base64編碼
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先對數據采用base64解碼
        byte[] decodeString = Base64Util.decode(encryptData);
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

 

我們來查看運行的效果

加密之后的數據是：RlCEwNAGmkplcZ3htThDWg==
解密之后的數據是：黑馬程序員

我們可以看到將加密之后的數據通過base64編碼之后得到的數據是

加密之后的數據是：RlCEwNAGmkplcZ3htThDWg==

不再是亂碼

總結：結論

des加密的密鑰長度是8個字節

des加密之后密文的長度是8個字節的整數倍

接下來介紹AES加密算法：

package com.weiyuan.test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESCrypt {

    
    /**
     * AES的加密
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws Exception 
     * 
     * */
    public static String aesEncode(String input,String password) throws Exception{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        //加密
        byte[] encode = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //將加密之后的數據進行base64編碼
        String encode2 = Base64Util.encode(encode);
                
        return encode2;
    }
    
    /**
     * AES的解密
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws Exception 
     * 
     * */
    public static String aesDecode(String encodeData,String password) throws Exception{
        //首先將數據進行base64解碼
        byte[] decode = Base64Util.decode(encodeData);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        //加密
        byte[] encode = cipher.doFinal(decode);
        
                
        return new String(encode);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input = "歡迎來到河馬程序員";
        //這里需要特別強調的是aes的密鑰長度必須是16個字節
        String password = "1234567812345678";
        String aesEncode = aesEncode(input, password);
        System.out.println("aes加密之后的數據是："+aesEncode);
        String aesDecode = aesDecode(aesEncode, password);
        System.out.println("aes解密之后的數據是："+aesDecode);
    }
    
}

 

需要特別強調的是AES密鑰長度是16個字節。des的密鑰長度是8個字節

des的密鑰長度是8個字節，每個字節是8位，一共是64位，8個字節中最后一個字節不參加加密運算，只有7個字節參與運算

接下面我們來學習對稱加密的工作模式和填充模式

cbc和ebc就是工作模式

接下來我們重點學習下工作模式和填充模式的使用

我們需要在Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");

這里制定算法的模式

package com.weiyuan.test;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.KeySpec;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;

public class DESCrypt {

    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        String input ="黑馬程序員";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的數據
        System.out.println("加密之后的數據是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的數據是："+desJianMi);
        
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJiami(String input ,String password) throws Exception{
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //將加密之后的數據采用base64編碼
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先對數據采用base64解碼
        byte[] decodeString = Base64Util.decode(encryptData);
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
        //加密之后的數據
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

 上面我們使用的是Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");

ecb模式，如果使用的是cbc模式，需要額外的iv參數，iv的長度，對於des iv長度必須是8個字節

 接下來我們來看程序的代碼

package com.weiyuan.test;

import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.KeySpec;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;

public class DESCrypt {

    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        String input ="黑馬程序員";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的數據
        System.out.println("加密之后的數據是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的數據是："+desJianMi);
        
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJiami(String input ,String password) throws Exception{
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        //cbc模式init需要添加額外的參數iv,des中iv的長度必須是8個字節
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key,iv);
        //加密之后的數據
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //將加密之后的數據采用base64編碼
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先對數據采用base64解碼
        byte[] decodeString = Base64Util.decode(encryptData);
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
        SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        KeySpec keySpec = new DESKeySpec(password.getBytes());
        Key key = skf.generateSecret(keySpec);
        //cbc模式init需要添加額外的參數iv,des中iv的長度必須是8個字節
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key,iv);
        //加密之后的數據
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

 

接下來我們來介紹下AES的"aES/ECB/PKCS5Padding，使用該模式需要額外的iv，iv需要是16個字節

package com.weiyuan.test;

import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESCrypt {

    
    /**
     * AES的加密
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws Exception 
     * 
     * */
    public static String aesEncode(String input,String password) throws Exception{
       Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES"); //使用cbc模式，需要額外的iv，iv的長度必須是16個字節
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("1234567812345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key,iv);
        //加密
        byte[] encode = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //將加密之后的數據進行base64編碼
        String encode2 = Base64Util.encode(encode);
                
        return encode2;
    }
    
    /**
     * AES的解密
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws Exception 
     * 
     * */
    public static String aesDecode(String encodeData,String password) throws Exception{
        //首先將數據進行base64解碼
        byte[] decode = Base64Util.decode(encodeData);
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding"); SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES"); //使用cbc模式，需要額外的iv，iv的長度必須是16個字節
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("1234567812345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key,iv);
        //加密
        byte[] encode = cipher.doFinal(decode);
        
                
        return new String(encode);
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input = "歡迎來到河馬程序員";
        //這里需要特別強調的是aes的密鑰長度必須是16個字節
        String password = "1234567812345678";
        String aesEncode = aesEncode(input, password);
        System.out.println("aes加密之后的數據是："+aesEncode);
        String aesDecode = aesDecode(aesEncode, password);
        System.out.println("aes解密之后的數據是："+aesDecode);
    }
    
}

 總結：des模式：默認的填充模式是DES/ECB/PKCS5Padding

如果是DES/CBC/PKCS5Padding，使用這種模式，需要額外的參數iv，iv的長度是8個字節

對於AES模式：

默認的填充模式是AES/ECB/PKCS5Padding

如果是AES/CBC/PKCS5Padding，使用這種模式，需要額外的參數iv，iv的長度是16個字節

二：

對於des如果是nopadding的填充方式，要求輸入的加密的原文長度必須是8個字節的整數倍，所以一般不使用nopadding的填充方式

對於AES采用nopading的方式，要求輸入的原文長度必須是16個字節的整數倍