JavaAES/CBC解密后初始字节不正确

Question

以下示例有什么问题？

问题是解密字符串的第一部分是无意义的。不过，其余的都很好，我明白了...

Result: `£eB6O�geS��i are you? Have a nice day.

@Test
public void testEncrypt() {
  try {
    String s = "Hello there. How are you? Have a nice day.";

    // Generate key
    KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance("AES");
    kgen.init(128);
    SecretKey aesKey = kgen.generateKey();

    // Encrypt cipher
    Cipher encryptCipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    encryptCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, aesKey);

    // Encrypt
    ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
    CipherOutputStream cipherOutputStream = new CipherOutputStream(outputStream, encryptCipher);
    cipherOutputStream.write(s.getBytes());
    cipherOutputStream.flush();
    cipherOutputStream.close();
    byte[] encryptedBytes = outputStream.toByteArray();

    // Decrypt cipher
    Cipher decryptCipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(aesKey.getEncoded());
    decryptCipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, aesKey, ivParameterSpec);

    // Decrypt
    outputStream = new ByteArrayOutputStream();
    ByteArrayInputStream inStream = new ByteArrayInputStream(encryptedBytes);
    CipherInputStream cipherInputStream = new CipherInputStream(inStream, decryptCipher);
    byte[] buf = new byte[1024];
    int bytesRead;
    while ((bytesRead = cipherInputStream.read(buf)) >= 0) {
        outputStream.write(buf, 0, bytesRead);
    }

    System.out.println("Result: " + new String(outputStream.toByteArray()));

  } 
  catch (Exception ex) {
    ex.printStackTrace();
  }
}

Answer 1

匿名用户

这里有一个没有Apache Commons编解码器的解决方案Base64：

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

public class AdvancedEncryptionStandard
{
    private byte[] key;

    private static final String ALGORITHM = "AES";

    public AdvancedEncryptionStandard(byte[] key)
    {
        this.key = key;
    }

    /**
     * Encrypts the given plain text
     *
     * @param plainText The plain text to encrypt
     */
    public byte[] encrypt(byte[] plainText) throws Exception
    {
        SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);

        return cipher.doFinal(plainText);
    }

    /**
     * Decrypts the given byte array
     *
     * @param cipherText The data to decrypt
     */
    public byte[] decrypt(byte[] cipherText) throws Exception
    {
        SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(key, ALGORITHM);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);

        return cipher.doFinal(cipherText);
    }
}

使用示例：

byte[] encryptionKey = "MZygpewJsCpRrfOr".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
byte[] plainText = "Hello world!".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
AdvancedEncryptionStandard advancedEncryptionStandard = new AdvancedEncryptionStandard(
        encryptionKey);
byte[] cipherText = advancedEncryptionStandard.encrypt(plainText);
byte[] decryptedCipherText = advancedEncryptionStandard.decrypt(cipherText);

System.out.println(new String(plainText));
System.out.println(new String(cipherText));
System.out.println(new String(decryptedCipherText));

印刷品：

Hello world!
դ;��LA+�ߙb*
Hello world!

Answer 2

在这个回答中，我选择了“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 AES加密的博文的一个简单总结，所以我建议在实现任何东西之前通读一遍。然而，我仍然会提供一个简单的例子来使用，并给出一些注意事项。

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）。

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。

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");

重要的是：

• 始终使用强伪随机数生成器，例如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，请查看具有扩展属性的密码哈希函数（或KDF），例如PBKDF2或bcrypt
• 如果您想要从其他来源派生密钥，请使用适当的密钥派生函数（KDF），如HKDF（此处Java实现）。不要为此使用简单的加密哈希（如SHA-256）。

使用初始化向量（IV），使得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);

重要的是：

• 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

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);

重要的是：

• 使用16字节/128位身份验证标签（用于验证完整性/真实性）
• 身份验证标记将自动附加到密码文本（在JCA实现中）
• 由于GCM的行为类似于流密码，因此不需要填充。
• 加密大数据块时，请使用CipherInputStream
• 如果更改了其他（非机密）数据，是否希望对其进行检查？您可能希望将关联数据与密码一起使用。updateAAD（关联数据） 更多信息

只需追加IV和密文。如上所述，静脉注射不需要保密。

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);

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)

重要的是：

• 请小心验证输入参数，以避免分配过多内存的拒绝服务攻击。

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);

重要的是：

• 不要忘记使用 cipher.updateAAD（associatedData） 添加关联数据;如果您在加密期间添加了它。

在这个要点中可以找到一个工作代码片段。

注意，最近的Android (SDK 21)和Java (7)实现应该有AES-GCM。旧版本可能缺少它。我仍然选择这种模式，因为与类似的先加密后Mac的模式(例如AES-CBC HMAC)相比，这种模式更容易实现，而且更有效。参见这篇关于如何用HMAC实现AES-CBC的文章。

Answer 3

包括我在内的很多人在制作这项工作时面临很多问题，因为缺少一些信息，比如忘记转换为Base64、初始化向量、字符集等。所以我想制作一个功能齐全的代码。

希望这对大家都有用：要编译，您需要额外的Apache Commons编解码器jar，可以在这里找到：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")));
    }
}