AES加密算法的原理及Java代码示例
引言
AES（Advanced Encryption Standard）是一种高级加密标准，它是美国国家标准与技术研究所（NIST）于2001年发布的一种对称加密算法。AES加密算法具有高度的安全性和高效性，被广泛应用于数据加密和保护领域。本文将介绍AES加密算法的原理，并提供Java代码示例来演示如何使用AES进行加密与解密。
AES加密算法原理
AES加密算法使用块加密的方式，将明文分成一组一组的数据块进行加密，每个数据块的长度为128位（16字节）。AES算法使用不同长度的密钥，包括128位、192位和256位，分别对应AES-128、AES-192和AES-256三种加密方式。
AES加密算法主要包括以下四个步骤：
- 密钥扩展（Key Expansion）：根据输入的密钥生成一系列轮密钥，用于后续的加密和解密过程。
- 字节替换（SubBytes）：通过使用S-盒将每个数据块中的字节进行替换，增加加密的混淆度。
- 行位移（ShiftRows）：对数据块中的每一行进行位移操作，增加加密的随机性。
- 列混淆（MixColumns）：通过矩阵乘法的方式对数据块中的每一列进行混淆操作。
AES加密算法的Java实现
下面是使用Java语言实现AES加密算法的示例代码：
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.Base64;
public class AESUtils {
public static String encrypt(String plainText, String key) {
try {
SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static String decrypt(String encryptedText, String key) {
try {
SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8), "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] encryptedBytes = Base64.getDecoder().decode(encryptedText);
byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(encryptedBytes);
return new String(decryptedBytes, StandardCharsets.UTF_8);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
String plainText = "Hello, World!";
String key = "1234567890123456";
String encryptedText = AESUtils.encrypt(plainText, key);
System.out.println("Encrypted Text: " + encryptedText);
String decryptedText = AESUtils.decrypt(encryptedText, key);
System.out.println("Decrypted Text: " + decryptedText);
}
}
以上代码中，我们定义了一个AESUtils类，提供了encrypt和decrypt两个静态方法，分别用于加密和解密字符串。在main方法中，我们使用了一个简单的示例来演示如何使用AES加密算法进行加密和解密。
甘特图
下面是使用mermaid语法标识的AES加密算法的甘特图：
gantt
title AES加密算法的甘特图
section 密钥扩展
密钥生成: 0, 2
轮密钥生成: 2, 4
section 字节替换
S盒替换: 4, 6
section 行位移
位移操作: 6, 8
section 列混淆
矩阵乘法: 8, 10
以上甘特图展示了AES加密算法的各个步骤，并标明
