java 加密与解密艺术

 视频来自黑马程序员公开课

对称加密之后的密文可能存在乱码，这些乱码无法识别，信息经过加密后会变成一串毫无规律的二进制串，此时再选择一种编码方式来展示，通常是 BASE64 格式的编码。

为了解决这个问题，让将加密后的密文用Base64进行加密，加密之后的字符不再是乱码

BASE64 编码是将所有信息都编码成只用大小写字母、0-9数字以及 + 和 / 64个字符表示，所有称作 BASE64。

不同的编码所应用的场景不同，比如 UTF-8 倾向于在终端上呈现各种复杂字符包括简体、繁体中文、日文、韩文等等数据时所使用的一种编码格式。而 BASE64 编码通常用于在网络中传输较长的信息时所使用的一种编码格式。

基于以上种种，目前较为常见的 app 与服务端交互的一套加解密、编解码流程就是：UTF-8 + AES + BASE64

这里我们在后面将进行详细的讲解

这里来看下面的这个案例：

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 ="黑马程序员";
        String password="2222222222";
        
        byte[] desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的数据
        System.out.println("加密之后的数据是："+new String(desJiami));
        
        byte[] desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的数据是："+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);
        //加密之后的数据
        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);
        //加密之后的数据
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(encryptBytes);
        return decryptBytes;
    }
}

这里需要特别强调的是：

标准DES就一个密钥64位，des的加解密的密钥长度必须是8个字节，

String password="2222222222";

否则有问题，这里要特别的强调

我们来看程序运行的结果：

我们看到经过des加密之后的密文是一个乱码，为了解决这个问题，我们可以将加密之后的密文进行base64编码

我们来看下具体的案例

 将加密之后的数据通过base64编码之后得到不是乱码，将该数据传递到后台服务器，服务器首先使用base64解码，然后再使用des解码

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() {
    }
 
    /**
     * 将字节数组编码为字符串
     *
     * @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();
    }
 
    /**
     * 灏哹ase64瀛楃�涓茶В鐮佷负瀛楄妭鏁扮粍
     *
     * @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 ="黑马程序员";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的数据
        System.out.println("加密之后的数据是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的数据是："+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);
        //加密之后的数据
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //将加密之后的数据采用base64编码
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先对数据采用base64解码
        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);
        //加密之后的数据
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

我们来查看运行的效果

加密之后的数据是：RlCEwNAGmkplcZ3htThDWg==
解密之后的数据是：黑马程序员

我们可以看到将加密之后的数据通过base64编码之后得到的数据是

加密之后的数据是：RlCEwNAGmkplcZ3htThDWg==

不再是乱码

总结：结论

des加密的密钥长度是8个字节

des加密之后密文的长度是8个字节的整数倍

接下来介绍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());
        //将加密之后的数据进行base64编码
        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{
        //首先将数据进行base64解码
        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 = "欢迎来到河马程序员";
        //这里需要特别强调的是aes的密钥长度必须是16个字节
        String password = "1234567812345678";
        String aesEncode = aesEncode(input, password);
        System.out.println("aes加密之后的数据是："+aesEncode);
        String aesDecode = aesDecode(aesEncode, password);
        System.out.println("aes解密之后的数据是："+aesDecode);
    }
    
}

需要特别强调的是AES密钥长度是16个字节。des的密钥长度是8个字节

des的密钥长度是8个字节，每个字节是8位，一共是64位，8个字节中最后一个字节不参加加密运算，只有7个字节参与运算

接下面我们来学习对称加密的工作模式和填充模式

cbc和ebc就是工作模式

接下来我们重点学习下工作模式和填充模式的使用

我们需要在Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");

这里制定算法的模式

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 ="黑马程序员";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的数据
        System.out.println("加密之后的数据是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的数据是："+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);
        //加密之后的数据
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //将加密之后的数据采用base64编码
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先对数据采用base64解码
        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);
        //加密之后的数据
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

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

ecb模式，如果使用的是cbc模式，需要额外的iv参数，iv的长度，对于des iv长度必须是8个字节

 接下来我们来看程序的代码

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 ="黑马程序员";
        String password="2222222222";
        
         String desJiami = desJiami(input, password);
        //打印加密之后的数据
        System.out.println("加密之后的数据是："+desJiami);
        
        String desJianMi = desJianMi(desJiami, password);
        
        System.out.println("解密之后的数据是："+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需要添加额外的参数iv,des中iv的长度必须是8个字节
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key,iv);
        //加密之后的数据
        byte[] encryptBytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //将加密之后的数据采用base64编码
        String encode = Base64Util.encode(encryptBytes);
        return encode;
    }
    
    /**
     * DES加密
     * */
    public static String desJianMi(String encryptData ,String password) throws Exception{
        
        //首先对数据采用base64解码
        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需要添加额外的参数iv,des中iv的长度必须是8个字节
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("12345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key,iv);
        //加密之后的数据
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeString);
        
        
        return new String(decryptBytes);
    }
}

接下来我们来介绍下AES的"aES/ECB/PKCS5Padding，使用该模式需要额外的iv，iv需要是16个字节

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，需要额外的iv，iv的长度必须是16个字节
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec("1234567812345678".getBytes());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key,iv);
        //加密
        byte[] encode = cipher.doFinal(input.getBytes());
        //将加密之后的数据进行base64编码
        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{
        //首先将数据进行base64解码
        byte[] decode = Base64Util.decode(encodeData);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(password.getBytes(), "AES");
        //使用cbc模式，需要额外的iv，iv的长度必须是16个字节
            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 = "欢迎来到河马程序员";
        //这里需要特别强调的是aes的密钥长度必须是16个字节
        String password = "1234567812345678";
        String aesEncode = aesEncode(input, password);
        System.out.println("aes加密之后的数据是："+aesEncode);
        String aesDecode = aesDecode(aesEncode, password);
        System.out.println("aes解密之后的数据是："+aesDecode);
    }
    
}

 总结：des模式：默认的填充模式是DES/ECB/PKCS5Padding

如果是DES/CBC/PKCS5Padding，使用这种模式，需要额外的参数iv，iv的长度是8个字节

对于AES模式：

默认的填充模式是AES/ECB/PKCS5Padding

如果是AES/CBC/PKCS5Padding，使用这种模式，需要额外的参数iv，iv的长度是16个字节

二：

对于des如果是nopadding的填充方式，要求输入的加密的原文长度必须是8个字节的整数倍，所以一般不使用nopadding的填充方式

对于AES采用nopading的方式，要求输入的原文长度必须是16个字节的整数倍