AES加密 - iOS与Java的同步实现

AES是开发中常用的加密算法之一。然而由于前后端开发使用的语言不统一,导致经常出现前端加密而后端不能解密的情况出现。然而无论什么语言系统,AES的算法总是相同的, 因此导致结果不一致的原因在于 加密设置的参数不一致 。于是先来看看在两个平台使用AES加密时需要统一的几个参数。

  • 密钥长度(Key Size)
  • 加密模式(Cipher Mode)
  • 填充方式(Padding)
  • 初始向量(Initialization Vector)

密钥长度

AES算法下,key的长度有三种:128、192和256 bits。由于历史原因,JDK默认只支持不大于128 bits的密钥,而128 bits的key已能够满足商用安全需求。因此本例先使用AES-128。(Java使用大于128 bits的key方法在文末提及)

加密模式

AES属于块加密(Block Cipher),块加密中有CBC、ECB、CTR、OFB、CFB等几种工作模式。本例统一使用CBC模式。

填充方式

由于块加密只能对特定长度的数据块进行加密,因此CBC、ECB模式需要在最后一数据块加密前进行数据填充。(CFB,OFB和CTR模式由于与key进行加密操作的是上一块加密后的密文,因此不需要对最后一段明文进行填充)

在iOS SDK中提供了PKCS7Padding,而JDK则提供了PKCS5Padding。原则上PKCS5Padding限制了填充的Block Size为8 bytes,而Java实际上当块大于该值时,其PKCS5Padding与PKCS7Padding是相等的:每需要填充χ个字节,填充的值就是χ。

初始向量

使用除ECB以外的其他加密模式均需要传入一个初始向量,其大小与Block Size相等(AES的Block Size为128 bits),而两个平台的API文档均指明当不传入初始向量时,系统将默认使用一个全0的初始向量。

有了上述的基础之后,可以开始分别在两个平台进行实现了。

具体实现

iOS实现

先定义一个初始向量的值。

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NSString *const kInitVector = @"16-Bytes--String";

确定密钥长度,这里选择 AES-128。

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size_t const kKeySize = kCCKeySizeAES128;

加密操作:

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+ (NSString *)encryptAES:(NSString *)content key:(NSString *)key {

NSData *initVector = [kInitVector dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
NSData *keyData = [key dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
NSData *contentData = [content dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
NSUInteger dataLength = contentData.length;

// 密文长度 <= 明文长度 + BlockSize
size_t encryptSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
void *encryptedBytes = malloc(encryptSize);
size_t actualOutSize = 0;

CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt,
kCCAlgorithmAES,
kCCOptionPKCS7Padding, // 系统默认使用 CBC,然后指明使用 PKCS7Padding
keyData.bytes,
kKeySize,
initVector.bytes,
contentData.bytes,
dataLength,
encryptedBytes,
encryptSize,
&actualOutSize);

if (cryptStatus == kCCSuccess) {
// 对加密后的数据进行 base64 编码
return [[NSData dataWithBytesNoCopy:encryptedBytes length:actualOutSize] base64EncodedStringWithOptions:NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed];
}
free(encryptedBytes);
return nil;
}

Java实现

同理先在类中定义一个初始向量,需要与iOS端的统一。

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private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";

另 Java 不需手动设置密钥大小,系统会自动根据传入的 Key 进行判断。

加密操作:

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public static String encryptAES(String content, String key) 
throws InvalidKeyException, NoSuchAlgorithmException,
NoSuchPaddingException, UnsupportedEncodingException,
InvalidAlgorithmParameterException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {


byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");

// 注意,为了能与 iOS 统一
// 这里的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成
byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");

byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);

// 指定加密的算法、工作模式和填充方式
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);

byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);

// 同样对加密后数据进行 base64 编码
Encoder encoder = Base64.getEncoder();
return encoder.encodeToString(encryptedBytes);
}

注意以上实现的是 AES-128,因此方法传入的 key 需为长度为 16 的字符串。

关于解密

有了上述加密的基础之后,解密的实现就很简单了,直接写出对应的逆操作即可。因此代码就不铺张了,如果有需要的可以直接到文末下载。

关于Java使用大于128 bits的key

到Oracle官网下载对应Java版本的 JCE ,解压后放到 JAVA_HOME/jre/lib/security/ ,然后修改 iOS 端的 kKeySize 和两端对应的 key 即可。

以上。


实现代码:

AESCipher-iOS

AESCipher-Java

可直接使用,欢迎各种star和fork~