對稱加密與非對稱加密
按照密鑰的特征不同， 密碼體制分為對稱密碼體制和非對稱密碼體制。對稱加密和非對稱加密都是可逆加密，用于安全的傳送數(shù)據(jù)。對稱加密是指數(shù)據(jù)加密和解密采用同一個密鑰，而非對稱加密則使用不同的密鑰進行加解密。對稱加密的優(yōu)勢是加密和解密速度快，能夠處理大數(shù)據(jù)量的加解密，但其安全性依賴于密鑰的安全性，所以必須通過可信任的通道交換密鑰
分組密碼與流密碼
按照對明文消息加密方式的不同， 密碼體制分為分組密碼（Block Cipher）和流密碼（Stream Cipher）。分組密碼也稱為塊密碼，對稱密碼體制均為分組密碼，分組密碼加密時首先將明文分割為若干固定長度的組，如果數(shù)據(jù)不夠一個分組，則通過填充額外的數(shù)據(jù)來補全成一個分組，然后逐個對每個分組進行加密。流密碼也稱為序列密碼，是使用密鑰流對明文中的每個二進制位或者字節(jié)進行加密。
分組密碼的工作模式
分組密碼的工作模式是指每個加密分組之間的關聯(lián)方式，主要有ECB模式（Electronic Code Book，電子密碼本）、CBC模式（Cipher Block Chain，密文分組鏈接）、CFB模式（Cipher Feed Back，密文反饋）、OFB模式（Output Feed Back，輸出反饋）、CTR模式（Counter，計數(shù)器）。
不同的工作模式有不同的優(yōu)缺點，比如ECB模式是最基本的工作模式，每個密文分組不影響其他分組，相同的明文加密后對應相同的密文，無初始化向量。而CBC模式是目前使用最廣泛的工作模式，明文加密前需要與前面的密文進行異或操作，第一個明文與初始向量進行異或操作，因此只要選擇不同的初始向量，加密后的密文就不同。關于模式的詳細內容可參考其他的資料
填充模式
如果明文的長度不是分組的整數(shù)倍，那么最后的那部分消息就不夠一個分組，這時就要對最后一個消息塊進行填充。目前有多種可行的填充方式，如果加密時以某種方式填充，解密時必須能夠識別這種填充方式并去除填充內容。常見填充方式有Zeros填充（全部填充為0）、X923 填充（最后一個字節(jié)為填充字節(jié)數(shù)，其他填0）、PKCS7填充（每個填充字節(jié)都為填充了的字節(jié)數(shù)）、ISO10126填充（最后一個字節(jié)為填充字節(jié)數(shù)，其他填隨機數(shù)）等。
加密解密過程（以AES為例）
- 生成密鑰
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGenerator.init(new SecureRandom());
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
- 存儲密鑰
生成的密鑰bytesKey為毫無意義的字節(jié)數(shù)組，不能通過UTF-8等字符編碼方式解析成無亂碼的字符串（new String(bytesKey, "UTF-8")為亂碼)），所以存儲密鑰有兩種方式
hex編碼方式
hex編碼方式，我們可以通過16進制與2進制轉換方式，清晰的看到密鑰的二進制數(shù)據(jù)，但是需要占用雙倍的存儲空間
二進制碼： 0100_0001
重新分組： 0000_0100 0000_0001
十六進制： 4 1
Hex編碼： 41
base64編碼方式
Base64編碼就是把3個8位的二進制數(shù)據(jù)用4個ASCII可見字符展示出來。編碼時，將3個8位二進制碼重新分組成4個6位的二進制碼，不足6位的，右側補零，然后這4個6位的二進制碼高位補兩個0，形成4個8位的字節(jié)數(shù)據(jù)，然后取每個字節(jié)的十進制值在編碼表中對應的字符作為最終的編碼數(shù)據(jù)。Base64編碼后的數(shù)據(jù)長度是源數(shù)據(jù)長度的4/3。標準的Base64編碼要求最終的數(shù)據(jù)長度是4字節(jié)的整數(shù)倍，不足4字節(jié)的倍數(shù)時要用填充字符補齊，填充字符為等號“=”。編碼表如下
0 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H
8 I 9 J 10 K 11 L 12 M 13 N 14 O 15 P
16 Q 17 R 18 S 19 T 20 U 21 V 22 W 23 X
24 Y 25 Z 26 a 27 b 28 c 29 d 30 e 31 f
32 g 33 h 34 i 35 j 36 k 37 l 38 m 39 n
40 o 41 p 42 q 43 r 44 s 45 t 46 u 47 v
48 w 49 x 50 y 51 z 52 0 53 1 54 2 55 3
56 4 57 5 58 6 59 7 60 8 61 9 62 + 63 /
例如ASCII碼A的Base64編碼過程為
二進制： 0100 0001
重新分組： 010000 01
低位補零： 010000 010000
高位補零： 00010000 00010000
轉十進制： 16 16
對應字符： Q Q
為了節(jié)省存儲空間，密鑰一般選擇Base64進行編碼存儲為字符串A（保證無亂碼），加密和解密的雙方都得知A。
- 加密
發(fā)送方: 在發(fā)送數(shù)據(jù)B前，對A進行base64解碼得到密鑰字節(jié)數(shù)組C，使用C對B進行加密得到密文字節(jié)數(shù)組D
- 編碼與解碼
發(fā)送方：由于D也是沒有意義的字節(jié)數(shù)組，在網(wǎng)絡上傳輸時，需要將D進行base64編碼成無亂碼的字符串E，網(wǎng)絡傳輸E（例如http://xxxx?text=E）
接收方： 接收方收到的為密文的base64編碼，所以需要進行base64解碼得到密文的字節(jié)數(shù)組D
- 解密
接收方：對A進行base64解碼得到密鑰字節(jié)數(shù)組C，使用C對D進行解密得到原始信息B
AES示例
AES（Advanced Encryption Standard，高級數(shù)據(jù)加密標準）是DES的繼任者，支持128、192、256位密鑰長度。下面的代碼是AES加密的示例，使用CBC工作模式和PKCS5填充模式，CBC工作模式需要16個字節(jié)的初始向量。
import org.apache.commons.codec.DecoderException;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import org.junit.Test;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
/**
* Created by tingkl on 2017/9/7.
*/
public class AES {
private static String src = "tingkl security aes";
static String hexKey;
static String base64Key;
static {
// 生成KEY
try {
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGenerator.init(new SecureRandom());
SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
// 密鑰是沒有意義的56個字節(jié)，如果使用utf-8編碼方式顯示成字符串（new String(result)）會是亂碼
// 所以一般直接顯示密文的16進制字符串
hexKey = Hex.encodeHexString(bytesKey);
System.out.println("hexKey:" + hexKey);
base64Key = Base64.encodeBase64String(bytesKey);
System.out.println("base64Key:" + base64Key);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static Key getSecretKey(byte[] bytesKey) throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {
// KEY轉換
Key key = new SecretKeySpec(bytesKey, "AES");
return key;
}
public byte[] encrypt(String src, Key secretKey) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {
// 加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
return result;
}
private String decrypt(byte[] encryptBytesReceived, Key secretKey) throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {
// 解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] result = cipher.doFinal(encryptBytesReceived);
return new String(result);
}
@Test
public void jdkAESHex() throws IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, DecoderException, InvalidKeySpecException {
Key secretKeyHex = getSecretKey(Hex.decodeHex(hexKey.toCharArray()));
// 加密
byte[] encryptBytesToSend = encrypt(src, secretKeyHex);
// 加密以后，不能用new String(result)來顯示，因為加密完后是沒有意義的一堆字節(jié)，
// 如果使用魔種編碼方式顯示成字符串，會是亂碼，所以一般直接顯示密文的16進制字符串
// 編碼
String hexEncryptBytes = Hex.encodeHexString(encryptBytesToSend);
System.out.println("aes encrypt:" + hexEncryptBytes);
// 網(wǎng)絡傳輸時用hex，比如http傳參
// 解碼
byte[] encryptBytesReceived = Hex.decodeHex(hexEncryptBytes.toCharArray());
// 解密
String result = decrypt(encryptBytesReceived, secretKeyHex);
System.out.println("aes decrypt:" + result);
}
@Test
public void jdkAESBase64() throws IllegalBlockSizeException, InvalidKeyException, BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, InvalidKeySpecException {
Key secretKeyBase64 = getSecretKey(Base64.decodeBase64(base64Key));
byte[] encryptBytesToSend = encrypt(src, secretKeyBase64);
// 加密以后，不能用new String(result)來顯示，因為加密完后是沒有意義的一堆字節(jié)，
// 如果使用魔種編碼方式顯示成字符串，會是亂碼，所以一般直接顯示密文的16進制字符串
// 編碼
String hexEncryptBytes = Base64.encodeBase64String(encryptBytesToSend);
System.out.println("aes encrypt:" + hexEncryptBytes);
// 網(wǎng)絡傳輸時，一般用Base64（因為base64編碼是數(shù)據(jù)的4/3,而hex編碼數(shù)據(jù)增長一倍），比如http傳參
// 解碼
byte[] encryptBytesReceived = Base64.decodeBase64(hexEncryptBytes);
// 解密
// 接受到網(wǎng)絡傳過來的參數(shù)，先轉成密文字節(jié)數(shù)組
String result = decrypt(encryptBytesReceived, secretKeyBase64);
System.out.println("aes decrypt:" + result);
}
@Test
public void compare() throws BadPaddingException, NoSuchAlgorithmException, IllegalBlockSizeException, DecoderException, NoSuchPaddingException, InvalidKeyException, InvalidKeySpecException {
jdkAESHex();
jdkAESBase64();
/*
網(wǎng)絡傳輸時，一般用Base64（因為base64編碼是數(shù)據(jù)的4/3,而hex編碼數(shù)據(jù)增長一倍），比如http傳參
hexKey:52a3968b25ba3695657d2930f0b2ee48
base64Key:UqOWiyW6NpVlfSkw8LLuSA==
aes encrypt:c26dc0a7eb32b956c8f8631f66dca5c079c22ad11f157cd40ba0abba5b37c860
aes decrypt:tingkl security aes
aes encrypt:wm3Ap+syuVbI+GMfZtylwHnCKtEfFXzUC6Cruls3yGA=
aes decrypt:tingkl security aes
* */
}
}
