Java：使用 Base64 编码的 AES/CFB/NoPadding 加密

Question

我想在 Java 中使用 AES/CFB/NoPadding 加密字节。

我在 Stackoverflow 上找到了以下问题，但它只涉及解密功能：AES Encryption in Golang and Decryption in Java

我将如何在 Java 中编写类似于以下 Go 代码的加密函数？

package main

import (
    "io"
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "encoding/base64"
    "crypto/rand"
)

func encrypt(key, data []byte) string {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
      return nil, err
    }
    encoded := base64.StdEncoding.EncodeToString(data)
    ciphertext := make( []byte, aes.BlockSize+len(encoded) )
    iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
      return nil, err
    }
    cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, iv)
    cfb.XORKeyStream( ciphertext[aes.BlockSize:], []byte(encoded) )
    return ciphertext, nil
}

我的 Golang 解密函数是这样的（它应该返回 base64 代码）：

func decrypt(key, data []byte) ([]byte, error) {
  blockcipher, err := aes.NewCipher(key)
  if err != nil {
    return nil, err
  }
  if len(data) < aes.BlockSize {
    return nil, errors.New("ciphertext too short")
  }
  iv := data[:aes.BlockSize]
  data = data[aes.BlockSize:]
  cfb := cipher.NewCFBDecrypter(blockcipher, iv)
  cfb.XORKeyStream(data, data)
  return data, nil
}

我当前的 Java 加密代码（我似乎无法解密）如下所示：

private byte[] encrypt(byte[] payload) {
    try {
        SecretKeySpec key_spec = new SecretKeySpec(current_encryption_key, "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CFB/NoPadding");
        byte[] encoded_payload = Base64.encode(payload, Base64.DEFAULT);
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec( new byte[16] );
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key_spec, iv);
        return cipher.doFinal(encoded_payload);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return new byte[0];
}

我的加密代码如下所示（在 Golang 和 Java 中都能正常工作）：

private byte[] decrypt(byte[] payload) {
    try {
        SecretKeySpec key_spec = new SecretKeySpec(current_encryption_key, "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CFB/NoPadding");
        int block_size = cipher.getBlockSize();
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec( Arrays.copyOf(payload, block_size) );
        byte[] decryption_data = Arrays.copyOfRange(payload, block_size, payload.length);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key_spec, iv);
        byte[] decrypted_payload = cipher.doFinal(decryption_data);
        return Base64.decode(decrypted_payload, Base64.DEFAULT);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return new byte[0];
}

当我在 Java 中加密某些内容，然后尝试在 Java 中使用我的解密器时，我收到以下解密错误：

04-13 14:16:48.382 3791-3791/com.domain.interpretest W/System.err: java.lang.IllegalArgumentException: 16 > 9
04-13 14:16:48.388 3791-3791/com.domain.interpretest W/System.err:     at java.util.Arrays.copyOfRange(Arrays.java:3447)

Answer 1

你的 Go 加密总结：

• 使用随机 IV（以及您未描述的密钥）加密 base64 数据，将 IV 后跟密文放在单个缓冲区中

你的 Java 解密总结：

• 从缓冲区中取出第一个块并将其用作 IV 来解密缓冲区的其余部分，然后对其进行 de-base64 处理

这些匹配。

Java 加密总结：

• 使用固定（全零）IV 加密，并返回一个仅包含密文的缓冲区，而不是任何地方的 IV

这不匹配。解密尝试从其中没有 IV 的缓冲区中删除 IV。事实上你的密文只有 9 个字节（虽然我不明白为什么它不是 4 的倍数）；这比一个 AES 块短，所以 Arrays.copyOfRange 完全失败。

解决方案：您的 Java 加密应该使用随机 IV 并返回包含 IV 后跟密文的缓冲区，就像您的 Go 加密一样。一种非常接近您的 Go 的方法：

// once, during initialization 
SecureRandom rand = new SecureRandom(); // or .getInstance* as you prefer 

// unchanged 
SecretKeySpec key_spec = new SecretKeySpec(current_encryption_key, "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CFB/NoPadding");
byte[] encoded_payload = Base64.encode(payload, Base64.DEFAULT);
// changed 
int block_size = cipher.getBlockSize();
// create random IV
byte[] buffer = new byte[block_size];
rand.nextBytes(buffer);
IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec (buffer);
// expand buffer already containing IV to make room for ciphertext
buffer = Arrays.copyOf (buffer, block_size+encoded_payload.length);
// unchanged 
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key_spec, iv);
// changed
// do encryption into correct part of existing buffer
cipher.doFinal(encoded_payload,0,encoded_payload.length, buffer,block_size);
return buffer;

PS：你为什么要费心对你的明文进行base64编码和解码？ AES 与所有现代密码一样，可以很好地处理任何位组合。当 other 代码无法将它们作为位/二进制处理时，对 密文和 IV 进行 base64 处理更为常见。