JAVA AES 根據已知祕鑰

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密碼學中的高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES），又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣爲全世界所使用。經過五年的甄選流程，高級加密標準由美國國家標準與技術研究院（NIST）於2001年11月26日發佈於FIPS PUB 197，並在2002年5月26日成爲有效的標準。2006年，高級加密標準已然成爲對稱密鑰加密中最流行的算法之一。
　　
　　該算法爲比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen所設計，結合兩位作者的名字，以Rijndael之命名之，投稿高級加密標準的甄選流程。(Rijdael的發音近於 “Rhinedoll”)

AES 是一個新的可以用於保護電子數據的加密算法。明確地說，AES 是一個迭代的、對稱密鑰分組的密碼，它可以使用128、192 和 256 位密鑰，並且用 128 位（16字節）分組加密和解密數據。與公共密鑰密碼使用密鑰對不同，對稱密鑰密碼使用相同的密鑰加密和解密數據。通過分組密碼返回的加密數據的位數與輸入數據相同。迭代加密使用一個循環結構，在該循環中重複置換（permutations ）和替換(substitutions）輸入數據。Figure 1 顯示了 AES 用192位密鑰對一個16位字節數據塊進行加密和解密的情形。

　　　對稱密碼體制的發展趨勢將以分組密碼爲重點。分組密碼算法通常由密鑰擴展算法和加密（解密）算法兩部分組成。密鑰擴展算法將b字節用戶主密鑰擴展成r個子密鑰。加密算法由一個密碼學上的弱函數f與r個子密鑰迭代r次組成。混亂和密鑰擴散是分組密碼算法設計的基本原則。抵禦已知明文的差分和線性攻擊，可變長密鑰和分組是該體制的設計要點。
　　
　　AES是美國國家標準技術研究所NIST旨在取代DES的21世紀的加密標準。

AES的基本要求是，採用對稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持爲128、192、256，分組長度128位，算法應易於各種硬件和軟件實現。1998年NIST開始AES第一輪分析、測試和徵集，共產生了15個候選算法。1999年3月完成了第二輪AES2的分析、測試。2000年10月2日美國政府正式宣佈選中比利時密碼學家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一種密碼算法RIJNDAEL 作爲 AES.
　　
　　AES加密數據塊大小最大是256bit，但是密鑰大小在理論上沒有上限。AES加密有很多輪的重複和變換。大致步驟如下：

密鑰擴展（KeyExpansion）
初始輪（Initial Round）
重複輪（Rounds），每一輪又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey
最終輪（Final Round），最終輪沒有MixColumns。

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;

public abstract class AesHelper {

    /**
     * 加密
     *
     * @param content 需要加密的內容
     * @param salt    加密密碼
     * @return
     */
    public static byte[] encrypt(String content, String salt) {
        try {
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
            random.setSeed(salt.getBytes());
            KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
            kgen.init(128, random);
            SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
            byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
            SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");// 創建密碼器
            byte[] byteContent = content.getBytes("utf-8");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);// 初始化
            byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);
            return result; // 加密
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeyException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalBlockSizeException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    /**
     * 解密
     *
     * @param content 待解密內容
     * @param salt    解密密鑰
     * @return
     */
    public static byte[] decrypt(byte[] content, String salt) {
        try {
            KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
            SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
            secureRandom.setSeed(salt.getBytes());
            kgen.init(128, secureRandom);
            SecretKey secretKey = kgen.generateKey();
            byte[] enCodeFormat = secretKey.getEncoded();
            SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");// 創建密碼器
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);// 初始化
            byte[] result = cipher.doFinal(content);
            return result; // 加密
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvalidKeyException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalBlockSizeException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static String bytesToHexString(byte[] src) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < src.length; i++) {
            String hex = Integer.toHexString(src[i] & 0xFF);
            if (hex.length() == 1) {
                hex = '0' + hex;
            }
            sb.append(hex.toUpperCase());
        }
        return sb.toString();
    }

    public static String encryptToStr(String content, String password){
        return bytesToHexString(encrypt(content,password));
    }

    public static byte[] decrypt(String content, String keyWord) {
        return decrypt(hexStringToBytes(content), keyWord);
    }

    public static byte[] hexStringToBytes(String hexString) {
        if (hexString.length() < 1)
            return null;
        byte[] result = new byte[hexString.length() / 2];
        for (int i = 0; i < hexString.length() / 2; i++) {
            int high = Integer.parseInt(hexString.substring(i * 2, i * 2 + 1), 16);
            int low = Integer.parseInt(hexString.substring(i * 2 + 1, i * 2 + 2), 16);
            result[i] = (byte) (high * 16 + low);
        }
        return result;
    }
}

以下是TestCase:

public class AesTest {

    @Test
    public void testAes(){
        String content = "carl.zhao";
        String Key = "http://www.csdn.net";

        //加密
        String encryptResult = AesHelper.encryptToStr(content, Key);

        //解密
        byte[] decryptResult = AesHelper.decrypt(encryptResult,Key);
        Assert.assertEquals(content, new String(decryptResult));
    }

}

以上代碼是正確的，我之前再使用其它代碼的時候遇到了下面的問題：在Windows上運行沒有問題，但是在Linux上運行時提示如下錯誤：

javax.crypto.BadPaddingException: Given final block not properly padded

這個是因爲 : SecureRandom實現完全隨操作系統本身的內部狀態。該實現在 windows 上每次生成的 key 都相同。但是在 solaris 或部分 linux 系統上則不同。大家可以通過日誌打印來確認一這點。

我之前的代碼如下：

secureRandom = new SecureRandom(seed.getBytes());

修改後的正確代碼如下：

SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
 secureRandom.setSeed(seed.getBytes());

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