1 AES高级加密标准简介
1.1 概述
高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。
1.2 发展历史
1997年4月15日，美国ANSI发起征集AES（advanced encryption standard）的活动，并为此成立了AES工作小组。
1997年9月12日，美国联邦登记处公布了正式征集AES候选算法的通告。对AES的基本要求是： 比三重DES快、至少与三重DES一样安全、数据分组长度为128比特、密钥长度为128/192/256比特。
1998年8月12日，在首届AES候选会议（first AES candidate conference）上公布了AES的15个候选算法，任由全世界各机构和个人攻击和评论。
1999年3月，在第2届AES候选会议（second AES candidate conference）上经过对全球各密码机构和个人对候选算法分析结果的讨论，从15个候选算法中选出了5个。分别是RC6、Rijndael、SERPENT、Twofish和MARS。
2000年4月13日至14日，召开了第3届AES候选会议（third AES candidate conference），继续对最后5个候选算法进行讨论。
2000年10月2日，NIST宣布Rijndael作为新的AES。经过3年多的讨论，Rijndael终于脱颖而出。
Rijndael由比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen设计。算法的原型是Square算法，它的设计策略是宽轨迹策略（wide trail strategy）。算法有很好的抵抗差分密码分析及线性密码分析的能力。
1.3 算法原理
对称密码体制的发展趋势将以分组密码为重点。分组密码算法通常由密钥扩展算法和加密（解密）算法两部分组成。密钥扩展算法将b字节用户主密钥扩展成r个子密钥。加密算法由一个密码学上的弱函数f与r个子密钥迭代r次组成。混乱和密钥扩散是分组密码算法设计的基本原则。抵御已知明文的差分和线性攻击，可变长密钥和分组是该体制的设计要点。
AES是美国国家标准技术研究所NIST旨在取代DES的21世纪的加密标准。
AES的基本要求是，采用对称分组密码体制，密钥的长度最少支持为128、192、256，分组长度128位，算法应易于各种硬件和软件实现。1998年NIST开始AES第一轮分析、测试和征集，共产生了15个候选算法。1999年3月完成了第二轮AES2的分析、测试。2000年10月2日美国政府正式宣布选中比利时密码学家Joan Daemen 和 Vincent Rijmen 提出的一种密码算法RIJNDAEL 作为 AES.
在应用方面，尽管DES在安全上是脆弱的，但由于快速DES芯片的大量生产，使得DES仍能暂时继续使用，为提高安全强度，通常使用独立密钥的三级DES。但是DES迟早要被AES代替。流密码体制较之分组密码在理论上成熟且安全，但未被列入下一代加密标准。
AES加密数据块分组长度必须为128比特，密钥长度可以是128比特、192比特、256比特中的任意一个（如果数据块及密钥长度不足时，会补齐）。AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下：1、密钥扩展（KeyExpansion），2、初始轮（Initial Round），3、重复轮（Rounds），每一轮又包括：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，4、最终轮（Final Round），最终轮没有MixColumns。
1.4 算法应用
高级加密标准AES（Rijndael）算法在各行业各部门中将获得广泛的应用，成为虚拟专用网、SONET（同步光网络）、远程访问服务器（RAS）、高速ATM/Ethernet路由器、移动通信、卫星通信、电子金融业务等的机密算法，并逐渐取代DES在IPSee、SSL和ATM中的使用。IEEE802.11i草案已经定义了AES加密的两种不同运行模式，成功解决了无线局域网（WLAN）标准中的诸多安全问题。此外，得益于密码技术的高速发展，政府及军事通信更多的采用高级的加密算法，以及网络保密系统，财政保密、游戏机密等方面AES加密算法都得到了广泛的应用。
2 java代码实现
1 package xin.dreaming.aes;
2
3
4 import javax.crypto.Cipher;
5 import javax.crypto.SecretKey;
6 import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
7 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
8
9 import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
10 import org.junit.Test;
11 public class AESUtils {
12
13 /**
14 * 生成随机密钥
15 *
16 * @param size
17 * 位数
18 * @return
19 */
20 public static String generateRandomKey(int size) {
21 StringBuilder key = new StringBuilder();
22 String chars = "0123456789ABCDEF";
23 for (int i = 0; i < size; i++) {
24 int index = (int) (Math.random() * (chars.length() - 1));
25 key.append(chars.charAt(index));
26 }
27 return key.toString();
28 }
29
30 /**
31 * AES加密
32 *
33 * @param plainBytes
34 * 明文字节数组
35 * @param keyBytes
36 * 对称密钥字节数组
37 * @param useBase64Code
38 * 是否使用Base64编码
39 * @param charset
40 * 编码格式
41 * @return byte[]
42 */
43 public static byte[] encryptAES(byte[] plainBytes, byte[] keyBytes, boolean useBase64Code, String charset) throws Exception {
44 String cipherAlgorithm = "AES/CBC/PKCS5Padding";
45 String keyAlgorithm = "AES";
46 String IV = "\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0";
47
48 try {
49 Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
50 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, keyAlgorithm);
51 IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(IV.getBytes());
52
53 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivspec);
54
55 byte[] encryptedBlock = cipher.doFinal(plainBytes);
56
57 if (useBase64Code) {
58 return Base64.encodeBase64String(encryptedBlock).getBytes(charset);
59 } else {
60 return encryptedBlock;
61 }
62 } catch (Exception e) {
63 e.printStackTrace();
64 throw new Exception("AES加密失败");
65 }
66 }
67
68 /**
69 * AES解密
70 *
71 * @param cryptedBytes
72 * 密文字节数组
73 * @param keyBytes
74 * 对称密钥字节数组
75 * @param useBase64Code
76 * 是否使用Base64编码
77 * @param charset
78 * 编码格式
79 * @return byte[]
80 */
81 public static byte[] decryptAES(byte[] cryptedBytes, byte[] keyBytes, boolean useBase64Code, String charset) throws Exception {
82 String cipherAlgorithm = "AES/CBC/PKCS5Padding";
83 String keyAlgorithm = "AES";
84 String IV = "\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0";
85
86 byte[] data = null;
87
88 // 如果是Base64编码的话，则要Base64解码
89 if (useBase64Code) {
90 data = Base64.decodeBase64(new String(cryptedBytes, charset));
91 } else {
92 data = cryptedBytes;
93 }
94
95 try {
96 Cipher cipher = Cipher.getInstance(cipherAlgorithm);
97 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(keyBytes, keyAlgorithm);
98 IvParameterSpec ivspec = new IvParameterSpec(IV.getBytes());
99
100 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivspec);
101
102 byte[] decryptedBlock = cipher.doFinal(data);
103
104 return decryptedBlock;
105 } catch (Exception e) {
106 e.printStackTrace();
107 throw new Exception("AES解密失败");
108 }
109 }
110
111 /**
112 * BASE64加密
113 *
114 * @param key
115 * @return
116 * @throws Exception
117 */
118
119
120 @Test
121 public void aesTest() throws Exception{
122 String value ="DREAMING.XIN";
123 //生成随机AES对称密钥
124 String keyStr = generateRandomKey(16);
125 byte[] keyBytes = keyStr.getBytes("UTF-8");
126
127 byte[] encryptAES = encryptAES(value.getBytes(), keyBytes, true, "UTF-8");
128
129 System.out.println("AES加密后数据： "+new String(encryptAES));
130
131 /*String encodeBase64String = Base64.encodeBase64String(encryptAES);
132
133 System.out.println("先AES后BASE64： "+encodeBase64String);
134
135 byte[] decodeBase64 = Base64.decodeBase64(encodeBase64String);*/
136
137 byte[] decryptAES = decryptAES(encryptAES, keyBytes, true, "UTF-8");
138
139 System.out.println("AES减密后数据： "+ new String(decryptAES));
140
141 }
142
143 }
运行结果：
