Java使用Cipher類實現加密，包括DES，DES3，AES和RSA加密

一、先看一個簡單加密，解密實現

1.1 加密

/**
 * content: 加密內容
 * slatKey: 加密的鹽，16位字符串
 * vectorKey: 加密的向量，16位字符串
 */
public String encrypt(String content, String slatKey, String vectorKey) throws Exception {
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(vectorKey.getBytes());
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
    byte[] encrypted = cipher.doFinal(content.getBytes());
    return Base64.encodeBase64String(encrypted);
}

1.2 解密

/**
 * content: 解密內容(base64編碼格式)
 * slatKey: 加密時使用的鹽，16位字符串
 * vectorKey: 加密時使用的向量，16位字符串
 */
public String decrypt(String base64Content, String slatKey, String vectorKey) throws Exception {
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(vectorKey.getBytes());
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv);
    byte[] content = Base64.decodeBase64(base64Content);
    byte[] encrypted = cipher.doFinal(content);
    return new String(encrypted);
}

 

 1.3 代碼解釋

上面簡單實現了AES("AES/CBC/PKCS5Padding")的加密和解密。可以看到代碼中主要的是cipher對象，並有以下調用

（1）新建Cipher對象時需要傳入一個參數"AES/CBC/PKCS5Padding"

（2）cipher對象使用之前還需要初始化，共三個參數("加密模式或者解密模式","密匙","向量")

（3）調用數據轉換：cipher.doFinal(content)，其中content是一個byte數組

實際上Cipher類實現了多種加密算法，在創建Cipher對象時，傳入不同的參數就可以進行不同的加密算法。而這些算法不同的地方只是創建密匙的方法不同而已。

如傳入“AES/CBC/NoPadding”可進行AES加密，傳入"DESede/CBC/NoPadding"可進行DES3加密。具體的后面會介紹到。

要參考Java自帶的加密算法，可以參考JDK文檔的附錄：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/security/StandardNames.html

二、Java的Cipher類

2.1 Cipher類提供了加密和解密的功能。

該項目使用Cipher類完成aes，des，des3和rsa加密.

獲取Cipher類的對象：Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding"); 參數按"算法/模式/填充模式"，有以下的參數

* AES/CBC/NoPadding (128)
* AES/CBC/PKCS5Padding (128)
* AES/ECB/NoPadding (128)
* AES/ECB/PKCS5Padding (128)
* DES/CBC/NoPadding (56)
* DES/CBC/PKCS5Padding (56)
* DES/ECB/NoPadding (56)
* DES/ECB/PKCS5Padding (56)
* DESede/CBC/NoPadding (168)
* DESede/CBC/PKCS5Padding (168)
* DESede/ECB/NoPadding (168)
* DESede/ECB/PKCS5Padding (168)
* RSA/ECB/PKCS1Padding (1024, 2048)
* RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding (1024, 2048)
* RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding (1024, 2048)
(1)加密算法有：AES，DES，DESede(DES3)和RSA 四種
(2) 模式有CBC(有向量模式)和ECB(無向量模式)，向量模式可以簡單理解為偏移量，使用CBC模式需要定義一個IvParameterSpec對象
(3) 填充模式:
* NoPadding: 加密內容不足8位用0補足8位, Cipher類不提供補位功能，需自己實現代碼給加密內容添加0, 如{65,65,65,0,0,0,0,0}
* PKCS5Padding: 加密內容不足8位用余位數補足8位, 如{65,65,65,5,5,5,5,5}或{97,97,97,97,97,97,2,2}; 剛好8位補8位8

2.2 Cipher對象需要初始化

init(int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params)
(1)opmode ：Cipher.ENCRYPT_MODE(加密模式)和 Cipher.DECRYPT_MODE(解密模式)
(2)key ：密匙，使用傳入的鹽構造出一個密匙，可以使用SecretKeySpec、KeyGenerator和KeyPairGenerator創建密匙，其中
* SecretKeySpec和KeyGenerator支持AES，DES，DESede三種加密算法創建密匙
* KeyPairGenerator支持RSA加密算法創建密匙
(3)params ：使用CBC模式時必須傳入該參數，該項目使用IvParameterSpec創建iv 對象

2.3 加密或解密

byte[] b = cipher.doFinal(content);
返回結果為byte數組，如果直接使用 new String(b) 封裝成字符串，則會出現亂碼

三、創建密匙

　　創建密匙主要使用SecretKeySpec、KeyGenerator和KeyPairGenerator三個類來創建密匙。

3.1 SecretKeySpec類

SecretKeySpec類支持創建密匙的加密算法(ASE,DES,DES3)

SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(slatKey.getBytes(), "AES");

但需要主要的是不同的加密算法的byte數組的長度是不同的，創建密匙前最好先檢測下byte數組的長度。各加密算法的密匙長度如下

加密算法	密匙長度	向量長度
AES	16	16
DES	8	8
DES3	24	8

 

 

 

 

3.2 KeyGenerator類

KeyGenerator類支持創建密匙的加密算法(ASE,DES,DES3)

 

   /**
     * 獲取加密的密匙，傳入的slatKey可以是任意長度的，作為SecureRandom的隨機種子，
     * 而在KeyGenerator初始化時設置密匙的長度128bit(16位byte)
     */
    private static Key getSlatKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        kgen.init(128, random);
        Key key = kgen.generateKey();
        return key;
    }

 

KeyGenerator對象在初始化需要傳入一個隨機源。一般使用的都是SecureRandom類來創建隨機源，此時傳入的鹽只作為SecureRandom類的隨機種子，種子相同，產生的隨機數也相同；
鹽的長度不再受限制了，但KeyGenerator對象則必須指定長度。

3.3KeyPairGenerator類

RSA加密算法使用的密匙是包含公匙和私匙兩種，一般情況下，有使用公匙加密，則用私匙解密；使用私匙加密，則使用公匙解密。可以使用KeyPairGenerator類來創建RSA加密算法的密匙

KeyPairGenerator類支持創建密匙的加密算法(RSA)

/**
     * 根據slatKey獲取公匙，傳入的slatKey作為SecureRandom的隨機種子
     * 若使用new SecureRandom()創建公匙，則需要記錄下私匙，解密時使用
     */
    private static byte[] getPublicKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator  = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, random);//or 2048
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        return keyPair.getPublic().getEncoded();
    }
    
    /**
     * 根據slatKey獲取私匙，傳入的slatKey作為SecureRandom的隨機種子
     */
    private static byte[] getPrivateKey(String slatKey) throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGenerator  = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
        random.setSeed(slatKey.getBytes());
        keyPairGenerator.initialize(1024, random);// or 2048
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        return keyPair.getPrivate().getEncoded();
    }

同上，傳入的鹽只作為SecureRandom類的隨機種子，鹽相同，產生的keyPair的公匙和私匙也是同一對。
也可以不設置SecureRandom類的隨機種子，直接使用new SecureRandom()創建一個新對象，此時就必須記錄下公匙和私匙，在解密時使用。

四、對加密結果進行一層包裝

4.1 針對1.3返回結果返回字符串亂碼的問題，一般對byte數組進行處理

有兩種處理方式：轉換為base64的字符串或轉換為16進制的字符串

4.2 轉換為base64

使用apache下的Base64類進行封裝即可，Base64.encodeBase64String(result); 結果形如 qPba5V+b0Ox3Um...
jar包下載：https://mvnrepository.com/artifact/commons-codec/commons-codec

4.3 轉換為16進制

編碼實現，即編碼實現將2進制轉換為16進制

/**
 * 16進制工具類
 */
public class HexUtil {
    private static final char[] HEX_CHARS = { '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F' };

    /**
     * 十六進制轉化為二進制
     */
    public static byte[] hexStrToByteArray(String hexString) {
        if (hexString == null) {
            return null;
        }
        if (hexString.length() == 0) {
            return new byte[0];
        }
        byte[] byteArray = new byte[hexString.length() / 2];
        for (int i = 0; i < byteArray.length; i++) {
            String subStr = hexString.substring(2 * i, 2 * i + 2);
            byteArray[i] = ((byte) Integer.parseInt(subStr, 16));
        }
        return byteArray;
    }

    /**
     * 二進制轉化為十六進制
     */
    public static String byteArrayToHexStr(byte[] byteArray) {
        if (byteArray == null) {
            return null;
        }
        char[] hexChars = new char[byteArray.length * 2];
        for (int j = 0; j < byteArray.length; j++) {
            int v = byteArray[j] & 0xFF;
            hexChars[j * 2] = HEX_CHARS[v >>> 4];
            hexChars[j * 2 + 1] = HEX_CHARS[v & 0x0F];
        }
        return new String(hexChars);
    }
}

 

結果形如 04A2784A45234B.....

五、Java加密的代碼

代碼我上傳到github上了，歡迎下載~~

https://github.com/caizhaokai/Java_Cipher_Encrypt