掌握AES和DES加密算法：实例与源码解析

### 知识点: AES加密算法实例 #### 1. AES加密算法概述 高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES）是一种对称加密算法，用于保护电子数据。AES是美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年通过招标选定的一种加密算法，它由Joan Daemen和Vincent Rijmen设计，能够替代DES算法成为新的加密标准。AES支持128、192和256位密钥长度，并采用固定的块大小（128位），是目前广泛使用的加密技术之一。 #### 2. AES加密算法的工作原理 AES的工作模式主要有四种：电子密码本模式（ECB）、密码块链接模式（CBC）、密码反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）。其中，CBC是最常见的工作模式，它利用IV（初始化向量）与明文数据块异或后，再进行加密，从而保证数据的随机性，增强安全性。 AES算法的加密过程主要包含以下步骤： - 密钥扩展（Key Expansion） - 初始轮（Initial Round） - 多轮处理（Multiple Rounds） - 轮密钥加（Add Round Key） - 字节替换（SubBytes） - 行移位（ShiftRows） - 列混淆（MixColumns） - 最终轮（Final Round）：省略列混淆步骤 解密过程则是加密过程的逆过程，通过相应的逆运算来还原明文。 #### 3. DES加密算法概述 数据加密标准（Data Encryption Standard，DES）是一种对称加密算法，由IBM公司研发，并在1977年被美国联邦政府采纳为官方加密标准。DES采用64位块加密，实际使用的是56位密钥长度，即16个8位的字节，剩下8个字节用于校验。由于密钥长度较短，导致安全性逐渐无法满足现代信息安全的需求，已被AES所取代。 #### 4. DES加密算法的工作原理 DES算法使用了两种主要的加密技术：替换和置换。在加密过程中，DES通过以下步骤完成加密： - 初始置换（Initial Permutation） - 16轮的Feistel结构，每轮包含以下操作： - 扩展置换（Expansion Permutation） - 与轮密钥进行异或操作（XOR with Subkey） - 8个S盒进行替换操作（S-box Substitution） - 32位左右的置换（Permutation） - 最终置换（Final Permutation） 解密过程和加密过程使用同样的步骤，只是轮密钥的使用顺序相反。 #### 5. AES与DES算法比较 - 密钥长度：AES支持128、192和256位的密钥，而DES使用56位的密钥。 - 安全性：AES的安全性更高，因为其更长的密钥长度和更复杂的算法结构。 - 性能：AES在软件和硬件实现上均显示出良好的性能。 - 广泛应用：AES是目前信息安全领域的首选算法，取代了DES成为NIST标准。 ### 知识点: Java实现AES加密 #### AESUtil.java文件分析 若要通过Java实现AES加密，我们通常需要使用Java Cryptography Architecture（JCA），它是Java平台中一套加密框架。以下是一个基于AESUtil.java文件的Java实现AES加密的示例： ```java import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; import java.security.SecureRandom; public class AESUtil { public static byte[] encrypt(byte[] data, String keyString) throws Exception { SecretKey key = makeKey(keyString); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key); return cipher.doFinal(data); } public static byte[] decrypt(byte[] data, String keyString) throws Exception { SecretKey key = makeKey(keyString); Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key); return cipher.doFinal(data); } private static SecretKey makeKey(String keyString) throws Exception { byte[] keyBytes = keyString.getBytes(); return new SecretKeySpec(keyBytes, "AES"); } } ``` #### 密钥生成和初始化向量（IV） 在上述示例代码中，密钥使用字符串直接生成。在实际应用中，一般使用`KeyGenerator`来生成密钥，以增加随机性，并且使用时可以考虑添加初始化向量（IV）： ```java KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES"); keyGen.init(256); // 256位密钥长度 SecretKey secretKey = keyGen.generateKey(); byte[] keyBytes = secretKey.getEncoded(); // 使用SecureRandom生成IV SecureRandom random = new SecureRandom(); byte[] iv = new byte[16]; random.nextBytes(iv); ``` 在实际应用中，IV和密钥应该安全存储，以便解密时使用。 #### 加解密数据 在上述代码中，`encrypt`和`decrypt`方法分别用于加密和解密数据。数据在加密前应转换为字节数组，加密后的数据同样为字节数组。为了保证数据完整性和安全性，通常还会使用消息摘要算法（如SHA系列）来生成数据签名。 ### 结语 以上介绍的AES和DES加密算法，以及Java中的实现方式，都是确保数据安全的基本要素。学习和了解这些知识点对于保护信息安全至关重要。随着技术的发展，如何选择和应用加密算法，确保数据安全，始终是信息技术领域的一项重要工作。