对称加密算法

对称加密算法就是传统的用一个密码进行加密和解密。例如,我们常用的WinZIP和WinRAR对压缩包的加密和解密,就是使用对称加密算法:

winrar

从程序的角度看,所谓加密,就是这样一个函数,它接收密码和明文,然后输出密文:

  1. secret = encrypt(key, message);

而解密则相反,它接收密码和密文,然后输出明文:

  1. plain = decrypt(key, secret);

在软件开发中,常用的对称加密算法有:

算法密钥长度工作模式填充模式
DES56/64ECB/CBC/PCBC/CTR/…NoPadding/PKCS5Padding/…
AES128/192/256ECB/CBC/PCBC/CTR/…NoPadding/PKCS5Padding/PKCS7Padding/…
IDEA128ECBPKCS5Padding/PKCS7Padding/…

密钥长度直接决定加密强度,而工作模式和填充模式可以看成是对称加密算法的参数和格式选择。Java标准库提供的算法实现并不包括所有的工作模式和所有填充模式,但是通常我们只需要挑选常用的使用就可以了。

最后注意,DES算法由于密钥过短,可以在短时间内被暴力破解,所以现在已经不安全了。

使用AES加密

AES算法是目前应用最广泛的加密算法。我们先用ECB模式加密并解密:

对称加密算法 - 图2

Java标准库提供的对称加密接口非常简单,使用时按以下步骤编写代码:

  • 根据算法名称/工作模式/填充模式获取Cipher实例;
  • 根据算法名称初始化一个SecretKey实例,密钥必须是指定长度;
  • 使用SerectKey初始化Cipher实例,并设置加密或解密模式;
  • 传入明文或密文,获得密文或明文。ECB模式是最简单的AES加密模式,它只需要一个固定长度的密钥,固定的明文会生成固定的密文,这种一对一的加密方式会导致安全性降低,更好的方式是通过CBC模式,它需要一个随机数作为IV参数,这样对于同一份明文,每次生成的密文都不同:

对称加密算法 - 图3

在CBC模式下,需要一个随机生成的16字节IV参数,必须使用SecureRandom生成。因为多了一个IvParameterSpec实例,因此,初始化方法需要调用Cipher的一个重载方法并传入IvParameterSpec

观察输出,可以发现每次生成的IV不同,密文也不同。

小结

对称加密算法使用同一个密钥进行加密和解密,常用算法有DES、AES和IDEA等;

密钥长度由算法设计决定,AES的密钥长度是128/192/256位;

使用对称加密算法需要指定算法名称、工作模式和填充模式。

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对称加密算法 - 图4对称加密算法 - 图5