如何使用Java函数实现AES对称加密和解密？

Java 提供了许多种方式可以实现 AES 对称加密和解密。 在这篇文章中，我们将介绍以下步骤：

1. 使用Java Cipher类初始化加密算法。

2. 生成一个密钥并使用该密钥初始化加密算法。

3. 使用Java Cipher类将需要加密的明文转换为字节数组。

4. 加密这个字节数组。

5. 使用Java Cipher类将加密后的密文转换为Base64位编码。

6. 使用Java Cipher类将Base64位编码的字符串进行解码并转换为字节数组。

7. 使用Java Cipher类解密字节数组。

8. 将解密后的字节数组转换为字符串。

下面我们将按照上述步骤详细解释AES对称加密和解密的实现。

1. 使用Java Cipher类初始化加密算法。

首先，我们需要使用Java Cipher类实例化一个 AES 加密算法。我们需要指定加密模式、填充模式和加密算法。

Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");

这里我们使用了“AES/CBC/PKCS5Padding”模式，其中：

AES是加密算法的名称。

CBC是加密模式，这种模式需要一个向量。

PKCS5Padding是填充模式，这种模式是一个标准的填充模式，允许明文的长度不足块长度的整数倍。

2. 生成一个密钥并使用该密钥初始化加密算法。

Java 提供了许多种生成密钥的方法，其中使用Java KeyGenerator类是一种简单的方式。

KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");

keyGenerator.init(256);

这段代码使用“AES”算法名称实例化一个 KeyGenerator对象，并且将其初始化为 256 位大小的 AES 密钥。

byte[] key = keyGenerator.generateKey().getEncoded();

这段代码生成一个 AES 密钥并且将其转换为字节数组。

SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");

这段代码使用字节数组初始化一个 SecretKeySpec 对象，它将被用来初始化 Cipher 对象。

3. 使用Java Cipher类将需要加密的明文转换为字节数组。

String message = "This is a secret message";

byte[] plainText = message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

这段代码将字符串转换为一个字节数组。

4. 加密这个字节数组。

IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(new byte[16]);

这段代码创建了一个 16 字节的向量，它将被用来加密数据。

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);

byte[] encryptedText = cipher.doFinal(plainText);

这段代码使用 AES/CBC/PKCS5Padding 模式初始化 Cipher 对象，并且将之前生成的 SecretKeySpec 对象和 IvParameterSpec 对象传递给它。最后，使用 doFinal 方法对明文字节数组进行加密并生成加密后的字节数组。

5. 使用Java Cipher类将加密后的密文转换为Base64位编码。

Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();

String base64EncodedText = encoder.encodeToString(encryptedText);

这段代码使用 Java Base64 类的编码器将加密后的字节数组转换为 Base64 位编码字符串。

6. 使用Java Cipher类将Base64位编码的字符串进行解码并转换为字节数组。

Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();

byte[] decodedText = decoder.decode(base64EncodedText);

这段代码使用 Java Base64 类的解码器将字符串转换回字节数组。

7. 使用Java Cipher类解密字节数组。

IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(new byte[16]);

cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);

byte[] decryptedText = cipher.doFinal(decodedText);

这段代码使用与加密相同的 AES/CBC/PKCS5Padding 模式初始化 Cipher 对象，并且将 SecretKeySpec 和 IvParameterSpec 对象传递给它，最后，使用 doFinal 方法对解码后的字节数组进行解密并生成解密后的字节数组。

8. 将解密后的字节数组转换为字符串。

String result = new String(decryptedText, StandardCharsets.UTF_8);

System.out.println(result);

这段代码使用解密后的字节数组生成字符串并将其打印出来。

完整的代码片段如下所示：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;

public class Main {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        String message = "This is a secret message";

        // 初始化Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");

        // 创建一个AES256位的密钥
        KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
        keyGenerator.init(256);

        // 得到一个密钥并加密
        byte[] key = keyGenerator.generateKey().getEncoded();
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");

        // 得到明文并加密
        byte[] plainText = message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(new byte[16]);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
        byte[] encryptedText = cipher.doFinal(plainText);

        // 对加密后的密文进行Base64编码
        Base64.Encoder encoder = Base64.getEncoder();
        String base64EncodedText = encoder.encodeToString(encryptedText);

        // 对Base64编码的密文进行解码
        Base64.Decoder decoder = Base64.getDecoder();
        byte[] decodedText = decoder.decode(base64EncodedText);

        // 对解码后的密文进行解密
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
        byte[] decryptedText = cipher.doFinal(decodedText);

        // 将解密后的明文转换为字符串
        String result = new String(decryptedText, StandardCharsets.UTF_8);
        System.out.println(result);
    }
}