Java AES加解密詳解

一、什麼是AES加解密演算法

AES是高級加密標準（Advanced Encryption Standard）的縮寫，是一種對稱加密演算法，也就是加密密鑰和解密密鑰相同的加密方式。該演算法已經被廣泛應用於數據加密，例如網路安全、VPN、SSL等。AES加解密演算法的強大和高效，使得它成為目前世界上最為流行的加密演算法之一。

二、如何實現Java AES加解密

在Java中，我們可以通過Java Cryptography Architecture（JCA）提供的API對數據進行加密和解密。Java AES加解密實現的核心類是javax.crypto.Cipher。該類提供了AES演算法的幾種模式和填充方式，可以滿足不同場景的需求。下面是Java AES加解密的示例代碼：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESUtil {
    private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";

    /**
     * AES加密方法
     *
     * @param data 需要加密的數據
     * @param key  加密密鑰
     * @param iv   向量參數
     * @return 加密後的數據
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key, byte[] iv)
            throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivParameterSpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }

    /**
     * AES解密方法
     *
     * @param data 需要解密的數據
     * @param key  解密密鑰
     * @param iv   向量參數
     * @return 解密後的數據
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key, byte[] iv)
            throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, KEY_ALGORITHM);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivParameterSpec);
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

在上面的代碼中，我們使用了javax.crypto.Cipher類進行AES加解密操作。其中，我們通過Cipher.getInstance()方法來獲取Cipher實例，然後通過init()方法傳入加密模式、加解密密鑰和向量參數等信息，最後調用doFinal()方法完成加解密操作。

三、AES加解密的常用模式

在實際應用中，我們常使用以下幾種模式的AES加解密：

1、ECB模式

ECB（Electronic CodeBook）模式是最早被廣泛使用的AES加解密模式之一。該模式將明文分塊後，每個塊使用相同的密鑰加密，因此該模式容易受到密碼學攻擊，容易導致加密後出現明文模式。因此，現在ECB模式已經被廢棄，不再被推薦使用。

2、CBC模式

CBC（Cipher Block Chaining）模式是當前最為流行的AES加解密模式之一。該模式在每個明文塊進行加密操作之前，都會通過異或運算將前一個塊的密文作為本次加密操作的輸入，使得每個塊的加密都與前面塊有關。因此，該模式更具有安全性，不容易被攻破。

3、CTR模式

CTR（Counter）模式是一種以流密碼方式機密數據的常規的方法。該模式將明文塊作為計數器使用，每次將計數器加1，並將加1後的計數器作為加密數據的輸入。因此，該模式更適用於大量數據塊的加解密，具有高效性，但需要比CBC模式更高的工作量來實現。

四、AES加解密的常用填充方式

在AES加解密中，我們常使用以下幾種填充方式：

1、PKCS5Padding

PKCS5Padding是一種常用的填充方式，通過末尾加上相應數目的位元組數即可達到補位效果。例如，如果原始數據的長度為14個位元組，則補位時需要補2個位元組，值均為2。因此，補位後的數據長度為16個位元組。該填充方式易於實現，也很安全，但需要額外的空間來存儲補齊的數據，因此不能用於流式加解密。

2、NoPadding

NoPadding是一種不進行填充的加解密方式。因此，在加密數據長度不是AES塊大小的整數倍時，必須在外部進行補齊後再進行加密。該填充方式更適用於流式加解密，但需要額外的代碼實現補位操作，使用起來稍微複雜。

3、ISO10126Padding

ISO10126Padding是一種隨機填充的方式，即在數據塊末尾隨機添加填充數據來達到補位的目的。這種填充方式十分靈活，效率也很高，但安全性不如其他填充方式，易於受到攻擊。

五、結論

通過本文的介紹，我們了解了Java中AES加解密的實現方式以及常用的加解密模式和填充方式。在實際應用中，我們需要根據具體的場景選擇合適的模式和方式來保證AES加解密的安全性和效率。