1. 項(xiàng)目背景與介紹

在數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中，保護(hù)敏感信息的安全性非常關(guān)鍵。AES（Advanced Encryption Standard，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）是一種廣泛使用的對(duì)稱加密算法，具有高效、安全、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。由于 AES 使用同一個(gè)密鑰進(jìn)行加密和解密，因此密鑰的管理非常重要。

本項(xiàng)目將通過(guò) Java 內(nèi)置的加密 API（主要在 javax.crypto 包中提供）實(shí)現(xiàn) AES 加密與解密。示例中我們采用 AES/CBC/PKCS5Padding 模式，并使用一個(gè) 128 位（16 字節(jié)）的密鑰和固定的初始向量（IV）。為了便于演示，本示例使用了固定的 IV，但在實(shí)際應(yīng)用中，建議使用隨機(jī) IV，并將 IV 與密文一起存儲(chǔ)或傳輸。

通過(guò)本項(xiàng)目，你將掌握如何使用 Java 進(jìn)行 AES 加密和解密操作，并了解如何對(duì)密鑰和初始向量進(jìn)行設(shè)置、Base64 編碼結(jié)果輸出等知識(shí)點(diǎn)。

2. 相關(guān)知識(shí)

2.1 AES 加密算法

• 對(duì)稱加密：AES 算法屬于對(duì)稱加密算法，即加密和解密使用相同的密鑰。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，適合大數(shù)據(jù)量加密；缺點(diǎn)是密鑰傳輸和管理存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
• 加密模式與填充方式：常用的模式有 ECB、CBC、CFB 等，本示例采用 CBC 模式。由于 AES 的塊大小為 16 字節(jié)，當(dāng)明文長(zhǎng)度不是 16 字節(jié)的整數(shù)倍時(shí)，需要采用填充方式，本示例采用 PKCS5Padding。
• 初始向量（IV）：在 CBC 模式下，初始向量用于增加加密隨機(jī)性，通常需要隨機(jī)生成并與密文一起存儲(chǔ)。但本示例為了簡(jiǎn)化演示，使用了固定的 IV（僅供學(xué)習(xí)參考）。

2.2 Java 加密 API

Java 提供了一整套加密相關(guān)的類(lèi)：

• Cipher：核心加密解密類(lèi)，用于執(zhí)行加密和解密操作。
• SecretKeySpec：將原始密鑰數(shù)據(jù)封裝為密鑰對(duì)象。
• IvParameterSpec：封裝初始向量數(shù)據(jù)。
• Base64：用于將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可讀的字符串格式，便于傳輸和存儲(chǔ)。

3. 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)思路

本項(xiàng)目主要分為以下幾個(gè)步驟：

• 準(zhǔn)備密鑰和初始向量定義 AES 加密所需的 128 位密鑰和 16 字節(jié)的初始向量（IV）。在實(shí)際應(yīng)用中，這些應(yīng)由安全隨機(jī)數(shù)生成器產(chǎn)生，并妥善管理。

• 創(chuàng)建 Cipher 對(duì)象使用 Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding") 獲取 Cipher 對(duì)象，并分別用密鑰和 IV 初始化加密和解密模式。

• 執(zhí)行加密和解密操作

  • 加密：將明文字符串轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，調(diào)用 doFinal() 方法獲得密文字節(jié)數(shù)組，再進(jìn)行 Base64 編碼。
  • 解密：將 Base64 解碼后的密文字節(jié)數(shù)組通過(guò) doFinal() 方法還原為明文字節(jié)數(shù)組，并轉(zhuǎn)換為字符串。

• 整合代碼并測(cè)試將上述流程封裝到一個(gè) Java 類(lèi)中，在主函數(shù)中調(diào)用加密和解密方法，驗(yàn)證加解密是否正確。

4. 完整代碼實(shí)現(xiàn)

下面是一份完整的 Java 代碼示例，實(shí)現(xiàn)了 AES 加密與解密功能。代碼中附有詳細(xì)中文注釋?zhuān)阌诶斫饷總€(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.util.Base64;

/**
 * AESEncryptionDemo 類(lèi)演示了如何使用 Java 實(shí)現(xiàn) AES 加密和解密。
 * 本示例使用 AES/CBC/PKCS5Padding 模式，密鑰和初始向量均為 16 字節(jié)（128 位）。
 * 注意：示例中使用固定 IV 僅供學(xué)習(xí)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)使用隨機(jī) IV 并與密文一起傳輸。
 */
public class AESEncryptionDemo {

    // AES 密鑰（16 字節(jié)）：請(qǐng)確保密鑰足夠隨機(jī)和安全
    private static final String KEY = "0123456789abcdef";
    // 初始向量（IV，16 字節(jié)）：實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)隨機(jī)生成
    private static final String IV = "abcdefghijklmnop";
    // 指定加密算法和模式
    private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";

    /**
     * 對(duì)給定的明文進(jìn)行 AES 加密，并返回 Base64 編碼后的密文字符串。
     *
     * @param plainText 明文字符串
     * @return Base64 編碼后的密文字符串，如果加密過(guò)程中發(fā)生異常則返回 null
     */
    public static String encrypt(String plainText) {
        try {
            // 獲取 Cipher 實(shí)例，指定使用 AES/CBC/PKCS5Padding 模式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            // 構(gòu)造密鑰規(guī)范
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(KEY.getBytes("UTF-8"), "AES");
            // 構(gòu)造初始向量規(guī)范
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV.getBytes("UTF-8"));
            // 初始化 Cipher 為加密模式
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
            // 對(duì)明文進(jìn)行加密
            byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes("UTF-8"));
            // 使用 Base64 對(duì)密文字節(jié)數(shù)組進(jìn)行編碼，返回字符串
            return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            // 捕獲異常并打印錯(cuò)誤信息
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 對(duì)給定的 Base64 編碼密文進(jìn)行 AES 解密，還原出原始明文字符串。
     *
     * @param cipherText Base64 編碼后的密文字符串
     * @return 解密后的明文字符串，如果解密過(guò)程中發(fā)生異常則返回 null
     */
    public static String decrypt(String cipherText) {
        try {
            // 獲取 Cipher 實(shí)例，指定使用 AES/CBC/PKCS5Padding 模式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
            // 構(gòu)造密鑰規(guī)范
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(KEY.getBytes("UTF-8"), "AES");
            // 構(gòu)造初始向量規(guī)范
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV.getBytes("UTF-8"));
            // 初始化 Cipher 為解密模式
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
            // 將 Base64 編碼的密文轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組
            byte[] decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(cipherText);
            // 對(duì)密文進(jìn)行解密
            byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(decodedBytes);
            // 將解密后的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為字符串
            return new String(decryptedBytes, "UTF-8");
        } catch (Exception e) {
            // 捕獲異常并打印錯(cuò)誤信息
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 主函數(shù)，演示 AES 加密和解密的完整流程。
     *
     * @param args 命令行參數(shù)（未使用）
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 定義待加密的明文
        String plainText = "Hello, AES Encryption!";
        System.out.println("原始明文: " + plainText);

        // 對(duì)明文進(jìn)行加密
        String encryptedText = encrypt(plainText);
        System.out.println("加密后的密文 (Base64 編碼): " + encryptedText);

        // 對(duì)密文進(jìn)行解密
        String decryptedText = decrypt(encryptedText);
        System.out.println("解密后的明文: " + decryptedText);
    }
}

5. 代碼解讀

5.1 密鑰和初始向量設(shè)置

• KEY 和 IV
  • 本示例中密鑰和初始向量均為固定字符串，長(zhǎng)度均為 16 字節(jié)，適用于 AES-128。
  • 實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)使用安全隨機(jī)數(shù)生成密鑰和 IV，并對(duì) IV 進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)（例如，將 IV 附加在密文前）。

5.2 加密過(guò)程

• Cipher 獲取與初始化使用 Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding") 獲取 Cipher 對(duì)象，并利用 SecretKeySpec 和 IvParameterSpec 初始化 Cipher 為加密模式。
• 數(shù)據(jù)加密將明文轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組后調(diào)用 doFinal() 方法進(jìn)行加密，生成密文字節(jié)數(shù)組；之后使用 Base64 編碼便于輸出和存儲(chǔ)。

5.3 解密過(guò)程

• Cipher 初始化為解密模式同樣使用 SecretKeySpec 和 IvParameterSpec 初始化 Cipher 為解密模式。
• 數(shù)據(jù)解密將 Base64 解碼后的密文字節(jié)數(shù)組傳入 doFinal() 方法進(jìn)行解密，還原出原始明文字節(jié)數(shù)組，再轉(zhuǎn)換為字符串。

5.4 異常處理

• 在加密和解密過(guò)程中均使用 try-catch 捕獲可能出現(xiàn)的異常，并輸出堆棧信息，確保程序調(diào)試和排查問(wèn)題時(shí)能獲得足夠的信息。

6. 項(xiàng)目總結(jié)與展望

本項(xiàng)目通過(guò) Java 實(shí)現(xiàn)了 AES 加密和解密的基本流程，主要收獲和體會(huì)包括：

• 掌握對(duì)稱加密基本原理學(xué)習(xí)了如何使用同一密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，并理解了 AES 加密中密鑰與初始向量的重要性。

• 熟悉 Java 加密 API通過(guò) Cipher、SecretKeySpec、IvParameterSpec 等類(lèi)的使用，掌握了 Java 內(nèi)置加密工具的基本操作。

• 安全性與實(shí)際應(yīng)用雖然本示例使用固定的 IV 僅供學(xué)習(xí)，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)采用隨機(jī) IV 并妥善管理密鑰，確保數(shù)據(jù)加密安全性。

• 擴(kuò)展與優(yōu)化方向

  • 可改進(jìn)為生成隨機(jī) IV，并將 IV 與密文組合（例如將 IV 前置于密文中一起傳輸）。
  • 可以使用更高位數(shù)的 AES 加密（如 AES-256），前提是環(huán)境支持。
  • 將加密/解密過(guò)程封裝為工具類(lèi)，便于在實(shí)際項(xiàng)目中復(fù)用和集成。

總之，本項(xiàng)目為開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、直觀的 AES 加密/解密示例，既有助于理解對(duì)稱加密的基本流程，也為構(gòu)建實(shí)際安全通信系統(tǒng)提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。希望這篇博客文章能為你在 Java 安全編程領(lǐng)域提供有價(jià)值的參考和啟發(fā)。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于java AES加密/解密實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java AES加密解密內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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