Java AES/CBC 解密后的初始字节不正确

包括我在内的很多人在制作这项工作时都会遇到很多问题，因为缺少一些信息，例如忘记转换为Base64，初始化向量，字符集等。所以我想到了制作一个功能齐全的代码。

希望这对你们所有人都有用：要编译，你需要额外的Apache Commons编解码器jar，可在此处获得：http://commons.apache.org/proper/commons-codec/download_codec.cgi

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

public class Encryptor {
    public static String encrypt(String key, String initVector, String value) {
        try {
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(initVector.getBytes("UTF-8"));
            SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes("UTF-8"), "AES");

            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5PADDING");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, iv);

            byte[] encrypted = cipher.doFinal(value.getBytes());
            System.out.println("encrypted string: "
                    + Base64.encodeBase64String(encrypted));

            return Base64.encodeBase64String(encrypted);
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }

        return null;
    }

    public static String decrypt(String key, String initVector, String encrypted) {
        try {
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(initVector.getBytes("UTF-8"));
            SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(key.getBytes("UTF-8"), "AES");

            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5PADDING");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, iv);

            byte[] original = cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(encrypted));

            return new String(original);
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
        }

        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String key = "Bar12345Bar12345"; // 128 bit key
        String initVector = "RandomInitVector"; // 16 bytes IV

        System.out.println(decrypt(key, initVector,
                encrypt(key, initVector, "Hello World")));
    }
}

在这个答案中，我选择接近“简单的Java AES加密/解密示例”主题，而不是具体的调试问题，因为我认为这将使大多数读者受益。

这是我关于Java中AES加密的博客文章的简单摘要，因此我建议在实现任何内容之前通读它。但是，我仍然会提供一个简单的示例来使用，并给出一些需要注意的指示。

在此示例中，我将选择将经过身份验证的加密与伽罗瓦/计数器模式或 GCM 模式结合使用。原因是在大多数情况下，您希望完整性和真实性与机密性相结合（在博客中阅读更多内容）。

AES-GCM 加密/解密教程

以下是使用带有Java加密体系结构（JCA）的AES-GCM进行加密/解密所需的步骤。不要与其他示例混合使用，因为细微的差异可能会使您的代码完全不安全。

1. 创建密钥

由于这取决于您的用例，我将假设最简单的情况：随机密钥。

SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
byte[] key = new byte[16];
secureRandom.nextBytes(key);
SecretKey secretKey = SecretKeySpec(key, "AES");

重要：

• 始终使用强大的伪随机数生成器，如 SecureRandom
• 使用16字节/ 128位长密钥（或更多 - 但很少需要更多）)
• 如果您想要从用户密码派生的密钥，请查看具有拉伸属性（如PBKDF2或bcrypt）的密码哈希函数（或KDF）
• 如果你想要一个从其他来源派生的密钥，请使用一个正确的密钥派生函数（KDF），如HKDF（这里的Java实现）。不要为此使用简单的加密哈希（如SHA-256）。

2. 创建初始化向量

使用初始化向量（IV），以便相同的密钥将创建不同的密码文本。

byte[] iv = new byte[12]; //NEVER REUSE THIS IV WITH SAME KEY
secureRandom.nextBytes(iv);

重要：

• 切勿重复使用具有相同密钥的相同 IV（在 GCM/CTR 模式下非常重要）
• IV必须是唯一的（即使用随机IV或计数器）
• IV不需要是秘密的
• 始终使用强大的伪随机数生成器，如 SecureRandom
• 12 字节 IV 是 AES-GCM 模式的正确选择

3. 使用 IV 和密钥加密

final Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
GCMParameterSpec parameterSpec = new GCMParameterSpec(128, iv); //128 bit auth tag length
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, parameterSpec);
byte[] cipherText = cipher.doFinal(plainText);

重要：

• 使用 16 字节/ 128 位身份验证标记（用于验证完整性/真实性）
• 身份验证标记将自动附加到密文中（在JCA实现中）
• 由于GCM的行为类似于流密码，因此不需要填充
• 在加密大块数据时使用 CipherInputStream
• 想要检查其他（非机密）数据（如果数据已更改）？您可能希望在此处使用“更多”的关联数据。cipher.updateAAD(associatedData);

3. 序列化为单条消息

只需附加 IV 和密文即可。如上所述，IV不需要是秘密的。

ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(iv.length + cipherText.length);
byteBuffer.put(iv);
byteBuffer.put(cipherText);
byte[] cipherMessage = byteBuffer.array();

如果需要字符串表示形式，可以选择使用 Base64 进行编码。要么使用Android的，要么使用Java 8的内置实现（不要使用Apache Commons编解码器 - 这是一个糟糕的实现）。编码用于将字节数组“转换”为字符串表示，以使其ASCII安全，例如：

String base64CipherMessage = Base64.getEncoder().encodeToString(cipherMessage);

4. 准备解密：反序列化

如果已对消息进行编码，请首先将其解码为字节数组：

byte[] cipherMessage = Base64.getDecoder().decode(base64CipherMessage)

重要：

• 请小心验证输入参数，以避免通过分配过多内存来拒绝服务攻击。

5. 解密

初始化密码并设置与加密相同的参数：

final Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
//use first 12 bytes for iv
AlgorithmParameterSpec gcmIv = new GCMParameterSpec(128, cipherMessage, 0, 12);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, gcmIv);
//use everything from 12 bytes on as ciphertext
byte[] plainText = cipher.doFinal(cipherMessage, 12, cipherMessage.length - 12);

重要：

• 不要忘记添加关联的数据，如果您在加密期间添加了它。cipher.updateAAD(associatedData);

可以在此要点中找到工作代码片段。

请注意，最新的 Android （SDK 21+） 和 Java （7+） 实现都应具有 AES-GCM。旧版本可能缺少它。我仍然选择这种模式，因为与类似的加密Mac模式（例如AES-CBC + HMAC）相比，它除了更有效之外，还更容易实现。请参阅本文，了解如何使用 HMAC 实现 AES-CBC。