理解 AES 加解密算法
AES（高级加密标准）是一种对称加密算法，被广泛应用于数据加密。它使用相同的密钥进行加密和解密操作。本文将详细介绍 AES 加解密的原理、使用方法及其在 Java 中的实现。
1. AES 加密原理
AES 是一种对称加密算法，意味着加密和解密使用相同的密钥。AES 支持128位、192位和256位密钥长度。以下是 AES 加密的基本步骤：
- 密钥生成：选择一个密钥长度（128位、192位或256位）并生成密钥。
- 数据分块：将数据分成固定大小的块（128位）。
- 加密过程：使用密钥对每个数据块进行多轮加密操作（10、12或14轮，取决于密钥长度）。
1.1 密钥生成
AES 支持三种不同的密钥长度：128位、192位和256位。密钥的长度越长，安全性越高，但加密和解密的速度也会稍慢一些。
1.2 数据分块
AES 将输入数据分成固定大小的块（128位）。如果数据长度不足一个块，则使用填充（padding）技术补齐。
1.3 加密过程
加密过程包括多轮替换和置换操作，每轮包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加操作。轮数取决于密钥长度：128位密钥为10轮，192位密钥为12轮，256位密钥为14轮。
2. AES 解密原理
AES 解密使用相同的密钥来解密由 AES 加密的数据。解密过程与加密过程相反，执行相同的步骤但顺序相反。
2.1 解密过程
解密过程包括多轮的逆操作，每轮包括逆字节替换、逆行移位、逆列混淆和轮密钥加操作。
3. 使用示例
3.1 加密过程
假设我们要加密消息 "Hello, World!"：
- 选择一个密钥（例如，128位密钥）。
- 使用 AES 算法和密钥对消息进行加密，得到密文。
3.2 解密过程
使用相同的密钥和 AES 算法对密文进行解密，得到原始消息。
4. Java 示例代码
以下是使用 Java 实现 AES 加密和解密的示例代码：
java
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.util.Base64;
public class AESExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 生成密钥
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(128); // 选择AES-128
SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();
// 将密钥转换为字节数组
byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded();
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
// 数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
String message = "Hello, World!";
byte[] encryptedMessage = cipher.doFinal(message.getBytes());
String encodedMessage = Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedMessage);
System.out.println("Encrypted Message: " + encodedMessage);
// 数据解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
byte[] decodedMessage = Base64.getDecoder().decode(encodedMessage);
byte[] decryptedMessage = cipher.doFinal(decodedMessage);
System.out.println("Decrypted Message: " + new String(decryptedMessage));
}
}解释:
- 使用
KeyGenerator生成AES密钥。 - 将密钥转换为
SecretKeySpec对象。 - 使用 AES 算法和密钥加密消息。
- 使用相同的密钥解密消息。
5. 总结
AES 是一种强大的对称加密算法，通过使用相同的密钥实现数据的加密和解密。本文详细介绍了 AES 的加解密原理、使用示例，并提供了 Java 的示例代码。