AES三端加密解密 – iOS與Android,JS的同步實現

AES是開發中常用的加密算法之一。然而由於前後端開發使用的語言不統一，導致經常出現前端加密而後端不能解密的情況出現。然而無論什麼語言系統，AES的算法總是相同的， 因此導致結果不一致的原因在於 加密設置的參數不一致 。於是先來看看在三個平臺使用AES加密時需要統一的幾個參數。

• 密鑰長度（Key Size）
  

• 加密模式（Cipher Mode）
  

• 填充方式（Padding）
  

• 初始向量（Initialization Vector）
  

密鑰長度

AES算法下，key的長度有三種：128、192和256 bits。由於歷史原因，JDK默認只支持不大於128 bits的密鑰，而128 bits的key已能夠滿足商用安全需求。因此本例先使用AES-128。（Java使用大於128 bits的key方法在最後提及）

加密模式

AES屬於塊加密（Block Cipher），塊加密中有CBC、ECB、CTR、OFB、CFB等幾種工作模式。本例統一使用CBC模式。

填充方式

由於塊加密只能對特定長度的數據塊進行加密，因此CBC、ECB模式需要在最後一數據塊加密前進行數據填充。（CFB，OFB和CTR模式由於與key進行加密操作的是上一塊加密後的密文，因此不需要對最後一段明文進行填充）

在iOS SDK中提供了PKCS7Padding，而JDK則提供了PKCS5Padding，JS提供CryptoJS.pad.Pkcs7。原則上PKCS5Padding限制了填充的Block Size爲8 bytes，而Java實際上當塊大於該值時，其PKCS5Padding與PKCS7Padding、Pkcs7是相等的：每需要填充χ個字節，填充的值就是χ。

初始向量

使用除ECB以外的其他加密模式均需要傳入一個初始向量，其大小與Block Size相等（AES的Block Size爲128 bits），而三端API均指明當不傳入初始向量時，系統將默認使用一個全0的初始向量。

三端代碼實現

注意三端實現的是 AES-128，因此方法傳入的 key 需爲長度爲 16 的字符串。

• Java實現

先定義一個初始向量的值。

private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";

加密：

public static String encryptAES(String content, String key) 
			throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, 
			NoSuchPaddingException, UnsupportedEncodingException, 
			InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {

		byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");

	    // 注意，爲了能與 iOS 統一
	    // 這裏的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成
		byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
	    SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
			
	    byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
	    IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
			
	    // 指定加密的算法、工作模式和填充方式
	    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
	    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
		
	    byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);
		
	    // 同樣對加密後數據進行 base64 編碼
	    Encoder encoder = Base64.getEncoder();
	    return encoder.encodeToString(encryptedBytes);
	}

解密：

public static String decryptAES(String content, String key) 
			throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException, 
			NoSuchPaddingException, InvalidAlgorithmParameterException, 
			IllegalBlockSizeException, BadPaddingException, UnsupportedEncodingException {
			
	    // base64 解碼
	    Decoder decoder = Base64.getDecoder();
	    byte[] encryptedBytes = decoder.decode(content);
		
	    byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
	    SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
		
	    byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
	    IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);

	    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
	    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec);

	    byte[] result = cipher.doFinal(encryptedBytes);
		
	    return new String(result, "UTF-8");
	}

-iOS實現

先定義一個初始向量的值

NSString *const kInitVector = @"16-Bytes--String"

確定密鑰長度，這裏選擇 AES-128。

size_t const kKeySize = kCCKeySizeAES128

加密：

+ (NSString *)encryptAES:(NSString *)content key:(NSString *)key {
    
    NSData *contentData = [content dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSUInteger dataLength = contentData.length;
    
    // 爲結束符'\0' +1
    char keyPtr[kKeySize + 1];
    memset(keyPtr, 0, sizeof(keyPtr));
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    // 密文長度 <= 明文長度 + BlockSize
    size_t encryptSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *encryptedBytes = malloc(encryptSize);
    size_t actualOutSize = 0;
    
    NSData *initVector = [kInitVector dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt,
                                          kCCAlgorithmAES,
                                          kCCOptionPKCS7Padding,  // 系統默認使用 CBC，然後指明使用 PKCS7Padding
                                          keyPtr,
                                          kKeySize,
                                          initVector.bytes,
                                          contentData.bytes,
                                          dataLength,
                                          encryptedBytes,
                                          encryptSize,
                                          &actualOutSize);
    
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        // 對加密後的數據進行 base64 編碼
        return [[NSData dataWithBytesNoCopy:encryptedBytes length:actualOutSize] base64EncodedStringWithOptions:NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed];
    }
    free(encryptedBytes);
    return nil;
}

解密：

+ (NSString *)decryptAES:(NSString *)content key:(NSString *)key {
    // 把 base64 String 轉換成 Data
    NSData *contentData = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:content options:NSDataBase64DecodingIgnoreUnknownCharacters];
    NSUInteger dataLength = contentData.length;
    
    char keyPtr[kKeySize + 1];
    memset(keyPtr, 0, sizeof(keyPtr));
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    size_t decryptSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *decryptedBytes = malloc(decryptSize);
    size_t actualOutSize = 0;
    
    NSData *initVector = [kInitVector dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt,
                                          kCCAlgorithmAES,
                                          kCCOptionPKCS7Padding,
                                          keyPtr,
                                          kKeySize,
                                          initVector.bytes,
                                          contentData.bytes,
                                          dataLength,
                                          decryptedBytes,
                                          decryptSize,
                                          &actualOutSize);
    
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        return [[NSString alloc] initWithData:[NSData dataWithBytesNoCopy:decryptedBytes length:actualOutSize] encoding:NSUTF8StringEncoding];
    }
    free(decryptedBytes);
    return nil;
}

• JS實現

先定義一個初始向量的值

var ivString = "16-Bytes--String";

加密：

解密：

關於Java使用大於128 bits的key

到Oracle官網下載對應Java版本的 JCE ，解壓後放到 JAVA_HOME/jre/lib/security/ ，然後修改 iOS 端的 kKeySize和三端對應的 key 即可。