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Java和.NET使用DES对称加密的区别


 

Java和.NET的系统类库里都有封装DES对称加密的实现方式,但是对外暴露的接口却各不相同,甚至有时会让自己难以解决其中的问题,比如Java加密后的结果在.NET中解密不出来等,由于最近项目有跨Java和.NET的加解密,经过我的分析调试,终于让它们可以互相加密解密了。

DES加密

DES是一种对称加密(Data Encryption Standard)算法,以前我写过一篇文章:.NET中加密解密相关知识,有过简单描述。

DES算法一般有两个关键点,第一个是加密算法,第二个是数据补位。

加密算法常见的有ECB模式和CBC模式:

ECB模式:电子密本方式,这是JAVA封装的DES算法的默认模式,就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文,最后一段不足8个字节,则补足8个字节(注意:这里就涉及到数据补位了)进行计算,之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可,各段数据之间互不影响。

CBC模式:密文分组链接方式,这是.NET封装的DES算法的默认模式,它比较麻烦,加密步骤如下:

1、首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2......Dn(若数据不是8的整数倍,就涉及到数据补位了)

2、第一组数据D1与向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1(注意:这里有向量I的说法,ECB模式下没有使用向量I)

3、第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密,得到第二组密文C2

4、之后的数据以此类推,得到Cn

5、按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。

数据补位一般有NoPadding和PKCS7Padding(JAVA中是PKCS5Padding)填充方式,PKCS7Padding和PKCS5Padding实际只是协议不一样,根据相关资料说明:PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节,PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。但是封装的DES算法默认都是8字节,所以可以认为他们一样。数据补位实际是在数据不满8字节的倍数,才补充到8字节的倍数的填充过程。

NoPadding填充方式:算法本身不填充,比如.NET的padding提供了有None,Zeros方式,分别为不填充和填充0的方式。

PKCS7Padding(PKCS5Padding)填充方式:为.NET和JAVA的默认填充方式,对加密数据字节长度对8取余为r,如r大于0,则补8-r个字节,字节为8-r的值;如果r等于0,则补8个字节8。比如:

加密字符串为为AAA,则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB,则补位为BBBBBB22;加密字符串为CCCCCCCC,则补位为CCCCCCCC88888888。

.NET中的DES加密

对于.NET,框架在System.Security.Cryptography命名空间下提供了DESCryptoServiceProvider作为System.Security.Cryptography.DES加密解密的包装接口,它提供了如下的4个方法:

public override ICryptoTransform CreateDecryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)   public override ICryptoTransform CreateEncryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)   public override void GenerateIV()   public override void GenerateKey() 从.NET类库封装情况,加解密需要传入一个Key和IV向量。而且Key必须为8字节的数据,否则会直接抛异常出来,当使用ECB模式下,不管传入什么IV向量,加密结果都一样。示例代码如下:

public static string EncryptWithJava(string key, string str)  {      if (key.Length < 8 || string.IsNullOrEmpty(str))      {          throw new Exception("加密key小于8或者加密字符串为空!");      }      byte[] bKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 8));      byte[] bIV = IV;      byte[] bStr = Encoding.UTF8.GetBytes(str);      try     {          DESCryptoServiceProvider desc = new DESCryptoServiceProvider();          desc.Padding = PaddingMode.PKCS7;//补位          desc.Mode = CipherMode.ECB;//CipherMode.CBC          using (MemoryStream mStream = new MemoryStream())          {              using (CryptoStream cStream = new CryptoStream(mStream, desc.CreateEncryptor(bKey, bIV), CryptoStreamMode.Write))              {                  cStream.Write(bStr, 0, bStr.Length);                  cStream.FlushFinalBlock();                  StringBuilder ret = new StringBuilder();                  byte[] res = mStream.ToArray();                  foreach (byte b in res)                  {                      ret.AppendFormat("{0:x2}", b);                  }                  return ret.ToString();              }          }      }      catch     {          return string.Empty;      }  } 由于为ECB模式,因此IV这里设置什么值都是可以的,当为CBC模式下,则需要设置为其他值,比如:public static byte[] IV = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08 },才能正常加密解密。

JAVA中的DES加密

JAVA的javax.crypto.Cipher包下,提供了加密解密的功能,它的静态getInstance方法,可以返回一个Cipher对象,一般有public static final Cipher getInstance(String transformation)方法,transformation为:algorithm/mode/padding,分别表示算法名称,比如DES,也可以在后面包含算法模式和填充方式,但也可以只是算法名称,如为:"DES/CBC/PKCS5Padding","DES"等。JAVA中默认的算法为ECB,默认填充方式为PKCS5Padding。Cipher的Init方法用来初始化加密对象,常见的有:

public final void init(int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params)  public final void init(int opmode,Key key, SecureRandom random) 用SecureRandom时,一般用于不需要IV的算法模式,示例代码如下:
 

public static String encrypt2(String src) throws Exception {         SecureRandom sr = new SecureRandom();         DESKeySpec ks = new DESKeySpec(KEY.getBytes("UTF-8"));         SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");         SecretKey sk = skf.generateSecret(ks);         Cipher cip = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");//Cipher.getInstance("DES");         IvParameterSpec iv2 = new IvParameterSpec(IV);         cip.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sk, iv2);//IV的方式         //cip.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sk, sr);//没有传递IV         String dest = byteToHex(cip.doFinal(src.getBytes("UTF-8")));         return dest;      } 当默认用DES,JAVA会用ECB模式,因此这里IV向量没有作用,这里,但当用CBC模式下,如果还是用SecureRandom,则每次加密的结果都会不一样,因为JAVA内部会用随机的IV来初始化Cipher对象,如示例代码,由于Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding")使用了CBC,因此我这里用的javax.crypto.spec.IvParameterSpec包下的IvParameterSpec来初始化向量IV:

Private final static byte[] IV = new byte[] {0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01};
总 结

对于.NET和JAVA在使用DES对称加密时,需要大家指定一样的算法和填充模式,并且JAVA在写DES加解密算法时,还需要根据创建Cipher对象的不同,正确使用IV向量。在不同系统需要互相数据时,必须要明确的是加密算法,Key和算法模式,再根据不同模式是否需要IV向量,最后是填充模式。

本文是经过自己翻阅资料和反复调试代码而出来的,如有问题,请指正