AES

本文介紹AES加密，並以JAVA實作AES256加解密程式。 AES AES(Advanced Encryption Standard)高階加密標準，最常見的為對稱加密演算法，對稱加密演算法即為加密解密方均使用同一組密鑰。 加密介紹 代號 意義 Ｐ 明文 Ｋ 密鑰 Ｅ AES加密函式 Ｄ AES解密函式 Ｃ 密文 Ｃ ＝ Ｅ（Ｐ，Ｋ） 明文(Ｐ)使用密鑰(Ｋ)透過加密函式(Ｅ)產生密文(Ｃ)。 Ｐ ＝ Ｄ（Ｃ，Ｋ） 密文(Ｃ)使用密鑰(Ｋ)透過解密函式(Ｄ)產生明文(Ｐ)。 AES金鑰長度分類 AES 密鑰長度(bytes) 分組長度(bytes) 加密回合(rounds) AES-128 16 16 10 AES-192 24 16 12 AES-256 32 16 14 AES加密中，明文每個分組只能是128位(16bytes)，而金鑰可以是128、192、256位，依照密鑰長度不同，加密回合數也會不同。 限制 AES加密演算法中，原始資料明文(Ｐ)長度須為16bytes的倍數，所以當資料不足16bytes時，加密前必須先將資料補足為16bytes，解密後再將之移除還原為原始資料明文。 加密步驟 依照密鑰長度不同，加密回合數(round)也不同。 回合數 AES-128 -> 10 rounds AES-192 -> 12 rounds AES-256 -> 14 rounds 加密函數 參考資料：維基百科 Add round key： 對資料(128bits or 16 bytes) ⊕ 回合金鑰。回合金鑰是由主金鑰在每回合(透過Rijndael方法產生)產生之密鑰。 SubBytes：矩陣中的各位元組透過一個8位元的S-box進行轉換。 ShiftRows：每一列都向左循環位移某個偏移量。 MixColumns：每一行的四個位元組透過線性變換互相結合。 每round行為 假設共有N rounds。 加密ROUND behaviers ROUND 0 Add round key ROUND 1 ~ ROUND (N-1) SubBytes() ShiftRows() MixColumns() AddRoundKey() ROUND N SubBytes() ShiftRows() AddRoundKey() 解密ROUND behaviers 以回合數相反方向開始。 ROUND N AddRoundKey() ShiftRows() SubBytes() ROUND (N-1) ~ ROUND 1 AddRoundKey() MixColumns() ShiftRows() SubBytes() ROUND 0 AddRoundKey() 實作 (JAVA) 以下內容使用JAVA實作AES-256加解密。 import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.security.Key; import java.security.Security; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.spec.SecretKeySpec; public class AES256 { public static final String KEY_ALGORITHM"AES"; //public static final String CIPHER_ALGORITHM"AES/ECB/PKCS5Padding"; public static final String CIPHER_ALGORITHM"AES/ECB/NoPadding"; // Random generate key - not used public static byte initkey() throws Exception{ //例項化金鑰生成器 Security.addProvider(new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider()); KeyGenerator kgKeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM, "BC"); kg.init(256); kg.init(128); SecretKey secretKeykg.generateKey(); return secretKey.getEncoded(); } // private key table public static byte initRootKey() throws Exception { /*return new byte { 0x08, 0x08, 0x04, 0x0b, 0x02, 0x0f, 0x0b, 0x0c, 0x01, 0x03, 0x09, 0x07, 0x0c, 0x03, 0x07, 0x0a, 0x04, 0x0f, 0x06, 0x0f, 0x0e, 0x09, 0x05, 0x01, 0x0a, 0x0a, 0x01, 0x09, 0x06, 0x07, 0x09, 0x0d };*/ return new byte { (byte) 0x9D, (byte) 0xD2, 0x00, 0x24, (byte) 0x84, 0x6A, 0x2E, (byte) 0xDA, 0x0C, (byte) 0xDD, 0x72, 0x7B, 0x05, (byte) 0xC5, 0x6B, 0x01, (byte) 0xFF, 0x17, (byte) 0xCD, (byte) 0x9F, (byte) 0x8C, 0x1E, 0x3E, 0x09, (byte) 0xCF, 0x2F, 0x0C, 0x77, (byte) 0x87, (byte) 0xEF, (byte) 0x8A, (byte) 0xEC }; } // generate key from private key public static Key toKey(byte key) throws Exception { SecretKey secretKeynew SecretKeySpec(key,KEY_ALGORITHM); return secretKey; } // encrypt public byte encrypt(byte data) throws Exception { Key k toKey(initRootKey()); Security.addProvider(new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider()); Cipher cipher Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM, "BC"); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k); return cipher.doFinal(data); } // decrypt public byte decrypt(byte data) throws Exception { Key k toKey(initRootKey()); Security.addProvider(new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider()); Cipher cipherCipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM, "BC"); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, k); return cipher.doFinal(data); } // hex to byte convert public static byte hexToBytes(String hexString) { char hex hexString.toCharArray(); //轉rawData長度減半 int length hex.length / 2; byte rawData new byte; for (int i 0; i 10000000 (8>128) //然後與第二個值的二進位值作聯集ex: 10000000 | 00001100 > 10001100 (137) int value (high 127) value - 256; //最後轉回byte就OK rawData (byte) value; } return rawData ; } // byte to hex convert public static String byte2Hex(byte bytes){ StringBuffer stringBuffer new StringBuffer(); String temp null; for (int i0;i str.length()) return null; if (t > str.length()) { return str.substring(f, str.length()); } else { return str.substring(f, t); } } } 程式碼解析 首先我們使用的是AES加密算法 public static final String KEY_ALGORITHM"AES"; 接著是以參數定義transformation， public static final String CIPHER_ALGORITHM"AES/ECB/NoPadding"; 參數意義如下表： 參數 值 意義 algorithm AES 必填，使用之加密算法(EX: RSA, AES, SHA-256等) mode ECB 非必填，分組密碼運作模式。詳細請參考下方"Mode表"。 padding NoPadding 非必填，指定每次處理的bit數量。詳細請參考下方"Transform表"。 Mode表 Mode 名稱 描述 ECB Electronic CodeBook 使用相同密鑰對明文分組加密 CBC Cipher Block Chaining 加密算法之input為上個密文組合下個明文組之XOR。(加密算法＝前一密文組⊕下一明文組) CFB Cipher FeedBack 與CBC相似，前一密文作為加密算法之input，產生之密文MSB (X bit)與明文之X bit XOR後產生密文之X bit。 OFB Output FeedBack 與CFB相似，只是加密算法之input為前次加密算法之output。 CTR Counter 每組明文都與一經過加密之counter XOR，之後counter遞增。 Transform表 Transform 16byte加密後長度 不滿16byte加密後長度 AES/CBC/NoPadding 16 不支援 AES/CBC/PKCS5Padding 32 16 AES/CBC/ISO10126Padding 32 16 AES/CFB/NoPadding 16 原始數據長度 AES/CFB/PKCS5Padding 32 16 AES/CFB/ISO10126Padding 32 16 AES/ECB/NoPadding 16 不支援 AES/ECB/PKCS5Padding 32 16 AES/ECB/ISO10126Padding 32 16 AES/OFB/NoPadding 16 原始數據長度 AES/OFB/PKCS5Padding 32 16 AES/OFB/ISO10126Padding 32 16 AES/PCBC/NoPadding 16 不支援 AES/PCBC/PKCS5Padding 32 16 AES/PCBC/ISO10126Padding 32 16 金鑰 (私鑰) 我們可以初始化一固定金鑰作為密鑰，也可以自動生成。 固定金鑰： Key之byte 長度為16bytes。 public static byte initRootKey() throws Exception {return new byte { (byte) 0x9D, (byte) 0xD2, 0x00, 0x24, (byte) 0x84, 0x6A, 0x2E, (byte) 0xDA, 0x0C, (byte) 0xDD, 0x72, 0x7B, 0x05, (byte) 0xC5, 0x6B, 0x01, (byte) 0xFF, 0x17, (byte) 0xCD, (byte) 0x9F, (byte) 0x8C, 0x1E, 0x3E, 0x09, (byte) 0xCF, 0x2F, 0x0C, 0x77, (byte) 0x87, (byte) 0xEF, (byte) 0x8A, (byte) 0xEC };} 自動生成金鑰 public static byte initkey() throws Exception{//例項化金鑰生成器 Security.addProvider(new org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider()); KeyGenerator kgKeyGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM, "BC"); kg.init(256); kg.init(128); SecretKey secretKeykg.generateKey(); return secretKey.getEncoded();} 加解密Cipher屬性設定 Cipher之7屬性： Modifier and Type Field and Description static int DECRYPT_MODE用於解密模式下的 Cipher 初始化。 static int ENCRYPT_MODE用於加密模式下的 Cipher 初始化。 static int PRIVATE_KEY用於說明解包模式下密鑰是是私鑰。 static int PUBLIC_KEY用於說明解包模式下密鑰是公鑰。 static int SECRET_KEY用於說明解包模式下密鑰是密鑰。 static int UNWRAP_MODE用於解包密鑰模式下的 Cipher 初始化。 static int WRAP_MODE用於包裝密鑰模式下的 Cipher 初始化。 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, k); JAVA - 加密預設金鑰長度限制 如出現以下錯誤訊息： java.security.InvalidKeyException: Illegal key size or default parameters 請先至Java Cryptography Extension (JCE) Unlimited Strength Jurisdiction Policy Files 下載policy檔案，後將local_policy.jar及US_export_policy.jar 取代jre/security底下的兩個檔案即可解除JAVA金鑰長度問題。 可能需用到之Functions 使用不同的Padding方式會影響當分組明文不足16bytes之加密過程，明文的編碼不同也需要先轉換編碼再進行加密。下方列出進行加密前可能所需的額外明文處理funtions。 HEX String to Byte // hex to byte convert public static byte hexToBytes(String hexString) { char hex hexString.toCharArray(); //轉rawData長度減半 int length hex.length / 2; byte rawData new byte; for (int i 0; i 10000000 (8>128) //然後與第二個值的二進位值作聯集ex: 10000000 | 00001100 > 10001100 (137) int value (high 127) value - 256; //最後轉回byte就OK rawData (byte) value; } return rawData ; } Byte to HEX String // byte to hex convert public static String byte2Hex(byte bytes){ StringBuffer stringBuffer new StringBuffer(); String temp null; for (int i0;i str.length()) return null; if (t > str.length()) { return str.substring(f, str.length()); } else { return str.substring(f, t); } } 以上為JAVA實作AES256加解密之方法。

AES

[JAVA] AES256 encrypt/decrypt

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