在本教程中，我們將看到如何使用JDK中的Java密碼體系結(jié)構(gòu)（JCA）來實(shí)現(xiàn)AES加密和解密。對稱密鑰塊密碼在數(shù)據(jù)加密中起重要作用。這意味著同一密鑰可用于加密和解密。高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）是一種廣泛使用的對稱密鑰加密算法。

AES算法是一種迭代的對稱密鑰塊密碼，它支持128、192和256位的加密密鑰（秘密密鑰），以對128位的塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。

在AES中生成密鑰的方法有兩種：從隨機(jī)數(shù)生成或從給定密碼生成。

在第一種方法中，應(yīng)該從像SecureRandom類這樣的加密安全（偽）隨機(jī)數(shù)生成器生成秘密密鑰。為了生成密鑰，我們可以使用KeyGenerator類。讓我們定義一種用于生成大小為n（128、192和256）位的AES密鑰的方法：

public static SecretKey generateKey(int n) throws NoSuchAlgorithmException { KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance('AES'); keyGenerator.init(n); SecretKey key = keyGenerator.generateKey(); return key;}

在第二種方法中，可以使用基于密碼的密鑰派生功能（例如PBKDF2）從給定的密碼派生AES秘密密鑰。下面方法可通過65,536次迭代和256位密鑰長度從給定密碼生成AES密鑰：

public static SecretKey getKeyFromPassword(String password, String salt) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance('PBKDF2WithHmacSHA256'); KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt.getBytes(), 65536, 256); SecretKey secret = new SecretKeySpec(factory.generateSecret(spec).getEncoded(), 'AES'); return secret;}

加密字符串

要實(shí)現(xiàn)輸入字符串加密，我們首先需要根據(jù)上一節(jié)生成密鑰和初始化向量IV：

IV是偽隨機(jī)值，其大小與加密的塊相同。我們可以使用SecureRandom類生成隨機(jī)IV。

讓我們定義一種生成IV的方法：

public static IvParameterSpec generateIv() { byte[] iv = new byte[16]; new SecureRandom().nextBytes(iv); return new IvParameterSpec(iv);}

下一步，我們使用getInstance（）方法從Cipher類創(chuàng)建一個實(shí)例。

此外，我們使用帶有秘密密鑰，IV和加密模式的init（）方法配置密碼實(shí)例。最后，我們通過調(diào)用doFinal（）方法對輸入字符串進(jìn)行加密。此方法獲取輸入字節(jié)并以字節(jié)為單位返回密文：

public static String encrypt(String algorithm, String input, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); byte[] cipherText = cipher.doFinal(input.getBytes()); return Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText);}

為了解密輸入字符串，我們可以使用DECRYPT_MODE初始化密碼來解密內(nèi)容：

public static String decrypt(String algorithm, String cipherText, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv); byte[] plainText = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(cipherText)); return new String(plainText);}

編寫一個用于加密和解密字符串輸入的測試方法：

@Testvoid givenString_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException { String input = 'baeldung'; SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); String algorithm = 'AES/CBC/PKCS5Padding'; String cipherText = AESUtil.encrypt(algorithm, input, key, ivParameterSpec); String plainText = AESUtil.decrypt(algorithm, cipherText, key, ivParameterSpec); Assertions.assertEquals(input, plainText);}

加密文件

現(xiàn)在，讓我們使用AES算法加密文件。步驟是相同的​​，但是我們需要一些IO類來處理文件。讓我們加密一個文本文件：

public static void encryptFile(String algorithm, SecretKey key, IvParameterSpec iv, File inputFile, File outputFile) throws IOException, NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); FileInputStream inputStream = new FileInputStream(inputFile); FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(outputFile); byte[] buffer = new byte[64]; int bytesRead; while ((bytesRead = inputStream.read(buffer)) != -1) {byte[] output = cipher.update(buffer, 0, bytesRead);if (output != null) { outputStream.write(output);} } byte[] outputBytes = cipher.doFinal(); if (outputBytes != null) {outputStream.write(outputBytes); } inputStream.close(); outputStream.close();}

請注意，不建議嘗試將整個文件（尤其是大文件）讀入內(nèi)存。相反，我們一次加密一個緩沖區(qū)。

為了解密文件，我們使用類似的步驟，并使用DECRYPT_MODE初始化密碼，如前所述。

再次，讓我們定義一個用于加密和解密文本文件的測試方法。在這種方法中，我們從測試資源目錄中讀取baeldung.txt文件，將其加密為一個名為baeldung.encrypted的文件，然后將該文件解密為一個新文件：

@Testvoid givenFile_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IOException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException {SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); String algorithm = 'AES/CBC/PKCS5Padding'; IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); Resource resource = new ClassPathResource('inputFile/baeldung.txt'); File inputFile = resource.getFile(); File encryptedFile = new File('classpath:baeldung.encrypted'); File decryptedFile = new File('document.decrypted'); AESUtil.encryptFile(algorithm, key, ivParameterSpec, inputFile, encryptedFile); AESUtil.decryptFile( algorithm, key, ivParameterSpec, encryptedFile, decryptedFile); assertThat(inputFile).hasSameTextualContentAs(decryptedFile);}

基于密碼加密解密

我們可以使用從給定密碼派生的密鑰進(jìn)行AES加密和解密。

為了生成密鑰，我們使用getKeyFromPassword（）方法。加密和解密步驟與字符串輸入部分中顯示的步驟相同。然后，我們可以使用實(shí)例化的密碼和提供的密鑰來執(zhí)行加密。

讓我們寫一個測試方法：

@Testvoid givenPassword_whenEncrypt_thenSuccess() throws InvalidKeySpecException, NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException {String plainText = 'www.baeldung.com'; String password = 'baeldung'; String salt = '12345678'; IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); SecretKey key = AESUtil.getKeyFromPassword(password,salt); String cipherText = AESUtil.encryptPasswordBased(plainText, key, ivParameterSpec); String decryptedCipherText = AESUtil.decryptPasswordBased( cipherText, key, ivParameterSpec); Assertions.assertEquals(plainText, decryptedCipherText);}

加密對象

為了加密Java對象，我們需要使用SealedObject類。該對象應(yīng)可序列化。讓我們從定義學(xué)生類開始：

public class Student implements Serializable { private String name; private int age; // standard setters and getters}

接下來，讓我們加密Student對象：

public static SealedObject encryptObject(String algorithm, Serializable object, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, IOException, IllegalBlockSizeException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv); SealedObject sealedObject = new SealedObject(object, cipher); return sealedObject;}

稍后可以使用正確的密碼解密加密的對象：

public static Serializable decryptObject(String algorithm, SealedObject sealedObject, SecretKey key, IvParameterSpec iv) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException, InvalidKeyException, ClassNotFoundException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException, IOException {Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv); Serializable unsealObject = (Serializable) sealedObject.getObject(cipher); return unsealObject;}

讓我們寫一個測試用例：

@Testvoid givenObject_whenEncrypt_thenSuccess() throws NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException, NoSuchPaddingException, IOException, BadPaddingException, ClassNotFoundException {Student student = new Student('Baeldung', 20); SecretKey key = AESUtil.generateKey(128); IvParameterSpec ivParameterSpec = AESUtil.generateIv(); String algorithm = 'AES/CBC/PKCS5Padding'; SealedObject sealedObject = AESUtil.encryptObject( algorithm, student, key, ivParameterSpec); Student object = (Student) AESUtil.decryptObject( algorithm, sealedObject, key, ivParameterSpec); assertThat(student).isEqualToComparingFieldByField(object);}

可以在GitHub上獲得本文的完整源代碼 。

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