对称加密工具 - SymmetricCrypto

简介

对称加密（也叫私钥加密）指的是加密和解密使用相同密钥的加密算法。这种加密方式在加密密钥和解密密钥之间可以互相推算，通常在对称算法中，加密密钥和解密密钥是相同的。因此，这种加密算法又被称为秘密密钥算法或单密钥算法。对称加密的安全性完全依赖于密钥的保密性，一旦密钥泄露，任何人都可以解密数据。因此，在安全通信中，密钥的保密性至关重要。

SymmetricCrypto 封装了 JDK 中支持的常见对称加密算法，如 AES、DES、Blowfish 等，并且可以轻松实现数据的加密和解密操作。

1. 通用使用

以 AES 算法为例，介绍 SymmetricCrypto 的基本使用。

示例：使用 AES 对称加密

import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricAlgorithm;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 待加密的明文
        String content = "test中文";

        // 随机生成 AES 密钥
        byte[] key = SecureUtil.generateKey(SymmetricAlgorithm.AES.getValue()).getEncoded();

        // 使用 AES 算法创建 SymmetricCrypto 对象
        SymmetricCrypto aes = new SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm.AES, key);

        // 加密
        byte[] encrypt = aes.encrypt(content);
        System.out.println("加密后的字节数组: " + new String(encrypt));

        // 解密
        byte[] decrypt = aes.decrypt(encrypt);
        System.out.println("解密后的字节数组: " + new String(decrypt));

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = aes.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = aes.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• SecureUtil.generateKey(String algorithm)：根据指定算法生成对称加密密钥。

  • algorithm：加密算法名称（如 "AES"、"DES" 等）。
  • 返回值：返回生成的密钥（SecretKey 对象）。

• new SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm algorithm, byte[] key)：创建对称加密对象。

  • algorithm：使用的对称加密算法（如 SymmetricAlgorithm.AES）。
  • key：加密密钥字节数组。
  • 返回值：返回 SymmetricCrypto 对象，支持加密和解密操作。

• encrypt(String data)：加密字符串数据，返回字节数组。

  • data：待加密的字符串。
  • 返回值：返回加密后的字节数组。

• decrypt(byte[] encryptedData)：解密字节数组数据。

  • encryptedData：加密后的字节数组。
  • 返回值：返回解密后的字节数组。

• encryptHex(String data)：加密字符串数据，返回十六进制表示的字符串。

  • data：待加密的字符串。
  • 返回值：返回加密后的十六进制字符串。

• decryptStr(String encryptedData, Charset charset)：解密十六进制字符串数据。

  • encryptedData：加密后的十六进制字符串。
  • charset：解码使用的字符集。
  • 返回值：返回解密后的字符串。

作用： 对称加密适用于需要高效加密解密数据的场景，如文件加密、通信数据加密等。

实际开发场景： 在需要保护敏感信息（如用户密码、支付信息）的场景下，可以使用 AES 等对称加密算法进行加密存储和解密验证。

2. DESede 实现

DESede（又称 3DES）是一种在 DES 基础上进行了增强的对称加密算法。

示例：使用 DESede 对称加密

import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricAlgorithm;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 待加密的明文
        String content = "test中文";

        // 生成 DESede 密钥
        byte[] key = SecureUtil.generateKey(SymmetricAlgorithm.DESede.getValue()).getEncoded();

        // 使用 DESede 算法创建 SymmetricCrypto 对象
        SymmetricCrypto des = new SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm.DESede, key);

        // 加密
        byte[] encrypt = des.encrypt(content);
        System.out.println("加密后的字节数组: " + new String(encrypt));

        // 解密
        byte[] decrypt = des.decrypt(encrypt);
        System.out.println("解密后的字节数组: " + new String(decrypt));

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = des.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = des.decryptStr(encryptHex);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• new SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm algorithm, byte[] key)：创建对称加密对象，支持 DESede 算法。
  • algorithm：使用的对称加密算法（如 SymmetricAlgorithm.DESede）。
  • key：加密密钥字节数组。

作用： DESede 适用于要求更高安全性的对称加密场景，如数据传输加密和数据库加密存储。

3. AES 封装

AES（高级加密标准）是对称加密算法中的一种常见且广泛应用的算法。Java 默认使用的 AES 模式是：AES/ECB/PKCS5Padding。

示例 1：快速构建 AES 加密对象

import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.AES;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 待加密的明文
        String content = "test中文";

        // 随机生成 AES 密钥
        byte[] key = SecureUtil.generateKey(SymmetricAlgorithm.AES.getValue()).getEncoded();

        // 使用 AES 算法创建 AES 对象
        AES aes = SecureUtil.aes(key);

        // 加密
        byte[] encrypt = aes.encrypt(content);
        System.out.println("加密后的字节数组: " + new String(encrypt));

        // 解密
        byte[] decrypt = aes.decrypt(encrypt);
        System.out.println("解密后的字节数组: " + new String(decrypt));

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = aes.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = aes.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• SecureUtil.aes(byte[] key)：使用自定义密钥生成 AES 加密对象。
  • key：自定义密钥字节数组。
  • 返回值：返回 AES 对象，支持加密和解密操作。

作用： AES 是目前使用最广泛的对称加密算法，适用于各种数据加密场景。

示例 2：自定义 AES 模式和偏移量

import cn.hutool.crypto.symmetric.AES;
import cn.hutool.crypto.Mode;
import cn.hutool.crypto.Padding;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义 AES 模式和偏移量
        AES aes = new AES(Mode.CTS, Padding.PKCS5Padding, "0CoJUm6Qyw8W8jud".getBytes(), "0102030405060708".getBytes());

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = aes.encryptHex("test中文");
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = aes.decryptStr(encryptHex);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• new AES(Mode mode, Padding padding, byte[] key, byte[] iv)：

创建支持自定义模式和偏移量的 AES 加密对象。

• mode：加密模式（如 Mode.CTS）。
• padding：填充方式（如 Padding.PKCS5Padding）。
• key：加密密钥。
• iv：初始向量（偏移量）。

作用： 自定义 AES 模式和偏移量，适用于特定需求的加密场景。

4. DES 封装

DES（数据加密标准）是一种使用密钥加密的块加密算法，Java 中默认实现为：DES/CBC/PKCS5Padding。

示例：使用 DES 对称加密

import cn.hutool.crypto.SecureUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.DES;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricAlgorithm;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 生成 DES 密钥
        byte[] key = SecureUtil.generateKey(SymmetricAlgorithm.DES.getValue()).getEncoded();

        // 使用 DES 算法创建 DES 对象
        DES des = SecureUtil.des(key);

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = des.encryptHex("test中文");
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = des.decryptStr(encryptHex);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• SecureUtil.des(byte[] key)：使用自定义密钥生成 DES 加密对象。
  • key：自定义密钥字节数组。
  • 返回值：返回 DES 对象，支持加密和解密操作。

作用： DES 是一种经典的对称加密算法，适用于对数据安全性要求不高的加密场景。

5. SM4 国密算法

SM4 是中国自主研发的对称加密算法，广泛应用于金融、政务等领域。

示例：使用 SM4 对称加密

import cn.hutool.crypto.SmUtil;
import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 SM4 算法创建 SymmetricCrypto 对象
        SymmetricCrypto sm4 = SmUtil.sm4();

        // 待加密的内容
        String content = "test中文";

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = sm4.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = sm4.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• SmUtil.sm4()：生成 SM4 对称加密对象。
  • 返回值：返回 SymmetricCrypto 对象，支持加密和解密操作。

作用： SM4 是国内广泛使用的对称加密算法，符合国家标准，适用于高安全性的加密需求。

示例：自定义 SM4 模式和偏移量

import cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto;
import cn.hutool.core.util.CharsetUtil;

public class SymmetricCryptoExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 自定义 SM4 模式和偏移量
        SymmetricCrypto sm4 = new SymmetricCrypto("SM4/ECB/PKCS5Padding");

        // 待加密的内容
        String content = "test中文";

        // 加密为十六进制字符串表示
        String encryptHex = sm4.encryptHex(content);
        System.out.println("加密后的十六进制字符串: " + encryptHex);

        // 解密为字符串
        String decryptStr = sm4.decryptStr(encryptHex, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
        System.out.println("解密后的字符串: " + decryptStr);
    }
}

• new SymmetricCrypto(String algorithm)：使用指定算法创建加密对象。
  • algorithm：算法名称（如 "SM4/ECB/PKCS5Padding"）。
  • 返回值：返回 SymmetricCrypto 对象，支持加密和解密操作。

作用： 适用于国密算法要求的加密场景，如金融系统中数据加密和存储。