1、DES

1.1 概述

DES算法全称为Data Encryption Standard，即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式,有两种：加密或解密。算法原理

1.2 算法原理

DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，其算法主要分为两步：
（1）初始置换

其功能是把输入的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则为将输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位……依此类推,最后一位是原来的第7位。L0、R0则是换位输出后的两部分，L0是输出的左32位，R0是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始置换后的结果为:L0=D58D50……D8；R0=D57D49……D7。

（2）逆置换

经过16次迭代运算后，得到L16、R16,将此作为输入，进行逆置换，逆置换正好是初始置换的逆运算，由此即得到密文输出。

1.3 五种分组模式
1.3.1 EBC模式

 

优点：

1.简单；

2.有利于并行计算；

3.误差不会被传送；

缺点：

1.不能隐藏明文的模式；

2.可能对明文进行主动攻击。

1.3.2 CBC模式

         CBC模式又称为密码分组链接模式，示意图如下：


 

优点：

1.不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。

缺点：

1、不利于并行计算；

2、误差传递；

3、需要初始化向量IV。

1.3.3 CFB模式

         CFB模式又称为密码发反馈模式，示意图如下图所示：


 

优点：

1、隐藏了明文模式；

2、分组密码转化为流模式；

3、可以及时加密传送小于分组的数据。

缺点:

1、不利于并行计算；

2、误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元；

3、唯一的IV。

1.3.4 OFB模式

         OFB模式又称输出反馈模式，示意图所下图所示：


 

优点：

1、隐藏了明文模式；

2、分组密码转化为流模式；

3、可以及时加密传送小于分组的数据。

缺点：

1、不利于并行计算；

2、对明文的主动攻击是可能的；

3、误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元。

1.3.5 CTR模式

计数模式（CTR模式）加密是对一系列输入数据块(称为计数)进行加密，产生一系列的输出块，输出块与明文异或得到密文。对于最后的数据块，可能是长u位的局部数据块，这u位就将用于异或操作，而剩下的b-u位将被丢弃（b表示块的长度）。CTR解密类似。这一系列的计数必须互不相同的。假定计数表示为T1, T2, …, Tn。CTR模式可定义如下：

CTR加密公式如下：

Cj = Pj XOR Ek(Tj)

C*n = P*n XOR MSBu(Ek(Tn)) j = 1，2… n-1;

CTR解密公式如下：

Pj = Cj XOR Ek(Tj)

P*n = C*n XOR MSBu(Ek(Tn)) j = 1，2 … n-1;

AES CTR模式的结构如图5所示。 

 

图5 AES CTR的模式结构

Fig 5 Structure of AES CTR Mode

加密方式：密码算法产生一个16 字节的伪随机码块流，伪随机码块与输入的明文进行异或运算后产生密文输出。密文与同样的伪随机码进行异或运算后可以重产生明文。


CTR 模式被广泛用于 ATM 网络安全和 IPSec应用中，相对于其它模式而言，CRT模式具有如下特点：

■硬件效率：允许同时处理多块明文 / 密文。

■ 软件效率：允许并行计算，可以很好地利用 CPU 流水等并行技术。

■ 预处理：算法和加密盒的输出不依靠明文和密文的输入，因此如果有足够的保证安全的存储器，加密算法将仅仅是一系列异或运算，这将极大地提高吞吐量。

■ 随机访问：第 i 块密文的解密不依赖于第 i-1 块密文，提供很高的随机访问能力

■ 可证明的安全性：能够证明 CTR 至少和其他模式一样安全（CBC, CFB, OFB, ...）

■ 简单性：与其它模式不同，CTR模式仅要求实现加密算法，但不要求实现解密算法。对于 AES 等加/解密本质上不同的算法来说，这种简化是巨大的。

■ 无填充，可以高效地作为流式加密使用。

1.4 常用的填充方式

         在Java进行DES、3DES和AES三种对称加密算法时，常采用的是NoPadding（不填充）、Zeros填充（0填充）、PKCS5Padding填充。

1.4.1 ZerosPadding

全部填充为0的字节，结果如下：

       F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8   //第一块

      F9 00 00 00 00 00 00 00 //第二块

1.4.2 PKCS5Padding

每个填充的字节都记录了填充的总字节数，结果如下：

 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8   //第一块

 F9 07 07 07 07 07 07 07 //第二块

1.5 DES编程实例

  1 package Utils;
  2 
  3 import java.io.UnsupportedEncodingException;
  4 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  5 
  6 import javax.crypto.Cipher;
  7 import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
  8 import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
  9 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
 10 
 11 public class DESUtils {
 12 
 13     //加密
 14     public static byte[] encryptPassword(String key,byte[] password) throws Exception{
 15         byte[] byte_key = new byte[8];
 16         byte[] byte_new = null;
 17         try {
 18             byte_new = key.getBytes("UTF-8");
 19         } catch (UnsupportedEncodingException e) {
 20             // TODO Auto-generated catch block
 21             e.printStackTrace();
 22         }
 23         for(int i=0;i<byte_new.length;i++){
 24             if(i>=8){
 25                 break;
 26             }
 27             byte_key[i] = byte_new[i];
 28         }
 29         if(byte_new.length<8){
 30             for(int i=byte_new.length;i<8;i++){
 31                 byte_new[i] = '\0';
 32             }
 33         }
 34         //生成秘钥，两个参数，第一个为私钥字节数组， 第二个为加密方式 AES或者DES
 35         SecretKeySpec key_new = new SecretKeySpec(byte_new,"DES");
 36         //创建密码器
 37         Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
 38         //初始化一个向量类
 39         IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(byte_new);
 40         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key_new,iv);
 41         return cipher.doFinal(password);
 42     }
 43     //解密
 44     public static byte[] decryptPassword(String key,byte[] password) throws Exception{
 45         byte[] byte_key = new byte[8];
 46         byte[] key_new = null;
 47         key_new = key.getBytes("UTF-8");
 48         for(int i=0;i<key_new.length;i++){
 49             if(i>=8){
 50                 break;
 51             }
 52             byte_key[i] = key_new[i];
 53         }
 54         if(key_new.length<8){
 55             for(int i=key_new.length;i<8;i++){
 56                 key_new[i] = '\0';
 57             }
 58         }
 59         //生成秘钥
 60         SecretKeySpec key_spec = new SecretKeySpec(key_new,"DES");
 61         //创建密码器
 62         Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
 63         //生成一个向量
 64         IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key_new);
 65         //初始化密码器
 66         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key_spec,iv);
 67         return cipher.doFinal(password);
 68     }
 69 }
 70 
 71 package Utils;
 72 
 73 import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
 74 
 75 import encrypttest.DESUtils;
 76 
 77 public class AutnUtils {
 78 
 79     //加密
 80     public static String encryptPassword(String key,String password){
 81         if(password==null){
 82             password="";
 83         }
 84         String pass = "";
 85         try{
 86             byte[] bytepass = password.getBytes("UTF-8");
 87             byte[] bytepassword = DESUtils.encrypt(key, bytepass);
 88             byte[] byte64 = Base64.encodeBase64(bytepassword);//将字符编码为base64编码
 89             pass = new String(byte64,"UTF-8");
 90         }catch(Exception e){
 91             e.printStackTrace();
 92         }
 93         return pass;
 94     }
 95     //解密
 96     public static String decryptPassword(String key,String password){
 97         if(password==null){
 98              password="";
 99         }
100         String pass = "";
101         try{
102             byte[] bytepass = password.getBytes("UTF-8");
103             byte[] bytepassword = Base64.decodeBase64(bytepass);
104             byte[] byte64no = DESUtils.decrypt(key, bytepassword);
105             pass = new String(byte64no,"UTF-8");
106         }catch(Exception e){
107             e.printStackTrace();
108         }
109         return pass;
110     }
111 }
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2 AES

2.1 AES概述

随着对称密码的发展,DES数据加密标准算法由于密钥长度较小(56位),已经不适应当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求，因此1997年NIST公开征集新的数据加密标准,即AES[1]。经过三轮的筛选,比利时Joan Daeman和Vincent Rijmen提交的Rijndael算法被提议为AES的最终算法。此算法将成为美国新的数据加密标准而被广泛应用在各个领域中。尽管人们对AES还有不同的看法,但总体来说,AES作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有三个密钥长度:128,192,256位，相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍[2]。AES算法主要包括三个方面：轮变化、圈数和密钥扩展。

在当前阶段来说，AES加密是非常安全的，因此可以用来对我们的敏感数据进行加密。高级加密标准，对称算法，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高，目前 AES 标准的一个实现是 Rijndael 算法.AES的区块长度固定为128 比特，密钥长度则可以是128，192或256比特；而Rijndael使用的密钥和区块长度可以是32位的整数倍，以128位为下限，256比特为上限。加密过程中使用的密钥是由Rijndael密钥生成方案产生。

2.2 AES实例

 1 package Utils;
 2 
 3 import java.security.NoSuchAlgorithmException;
 4 import java.security.SecureRandom;
 5 
 6 import javax.crypto.Cipher;
 7 import javax.crypto.KeyGenerator;
 8 import javax.crypto.SecretKey;
 9 import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
10 
11 public class AESUtils {
12 
13     public static byte[] encryptPassword(String key,String password) throws Exception{
14         //秘钥生成器
15         KeyGenerator kGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
16         kGen.init(128,new SecureRandom(key.getBytes()));
17         //生成秘钥
18         SecretKey secretKey = kGen.generateKey();
19         //生成128位的秘钥
20         byte[] encodeFormat = secretKey.getEncoded();
21         SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(encodeFormat,"AES");
22         //密码生成器
23         Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
24         cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
25         byte[] pass = password.getBytes("UTF-8");
26         return cipher.doFinal(pass);
27     }
28     public static byte[] decryptPassword(String key,String password) throws Exception{
29         //秘钥生成器
30         KeyGenerator kGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
31         kGen.init(128,new SecureRandom(key.getBytes()));
32         //生成秘钥
33         SecretKey secretKey = kGen.generateKey();
34         //生成128位的秘钥
35         byte[] encodeFormat = secretKey.getEncoded();
36         SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(encodeFormat,"AES");
37         //密码生成器
38         Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
39         cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec);
40         byte[] pass = password.getBytes("UTF-8");
41         return pass;
42     }
43 }

3 AES与DES区别

DES 支持8位加密解密，3Des支持24位，Aes支持32位。3Des是Des算法做三次。位数的单位是字节byte，不是bits。

3Des是把24位分成3组，第一组八位用来加密，第二组8位用于解密，第三组8位用于加密，所以，如果秘钥为123456781234567812345678（3组1-8），则相当于做了一次12345678的Des加密。例如：第一次用12345678秘钥对123进行加密得到 "LDiFUdf0iew="，然后用第二组的12345678对其进行解密（逆向加密过程），得到了123，第三次又一次加密得到 "LDiFUdf0iew="。

三种加密方式代码里不同的地方：

byte temp[] = new byte[位数];

SecretKey des_key = new SecretKeySpec(temp, "加密算法");

加密算法名对应的是：Aes Des Desede

改了这两个地方就可以实现不同加密方式。加密方式底层不一样，DES是把原文编程2进制的一串01，然后和密文做运算，交换什么什么位置。