一、AES算法核心原理

AES（Advanced Encryption Standard）作为目前最流行的对称加密算法，其核心是通过分组密码方式对数据进行加密。与RSA不同，AES使用同一个密钥进行加密和解密，因此密钥管理尤为关键。

算法主要特点：
- 固定块大小：128位（16字节）
- 可变密钥长度：支持128/192/256位
- 多轮加密：根据密钥长度10/12/14轮
- 四种操作：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey

二、Java实现完整代码

java
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Base64;

public class AESUtil {

// 算法/模式/填充方式
private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";

/**
 * 生成AES密钥（256位）
 */
public static String generateKey() throws Exception {
    KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
    keyGen.init(256, new SecureRandom());
    SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();
    return Base64.getEncoder().encodeToString(secretKey.getEncoded());
}

/**
 * 加密方法
 */
public static String encrypt(String data, String base64Key) throws Exception {
    byte[] raw = Base64.getDecoder().decode(base64Key);
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES");

    // CBC模式需要IV参数
    byte[] iv = new byte[16];
    new SecureRandom().nextBytes(iv);
    IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);

    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);

    byte[] encrypted = cipher.doFinal(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    byte[] combined = new byte[iv.length + encrypted.length];
    System.arraycopy(iv, 0, combined, 0, iv.length);
    System.arraycopy(encrypted, 0, combined, iv.length, encrypted.length);

    return Base64.getEncoder().encodeToString(combined);
}

/**
 * 解密方法 
 */
public static String decrypt(String encryptedData, String base64Key) throws Exception {
    byte[] combined = Base64.getDecoder().decode(encryptedData);
    byte[] iv = new byte[16];
    byte[] encrypted = new byte[combined.length - iv.length];

    System.arraycopy(combined, 0, iv, 0, iv.length);
    System.arraycopy(combined, iv.length, encrypted, 0, encrypted.length);

    byte[] raw = Base64.getDecoder().decode(base64Key);
    SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(raw, "AES");
    IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);

    Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);

    return new String(cipher.doFinal(encrypted), StandardCharsets.UTF_8);
}

}

三、关键点解析

1. 模式选择：

   
   
   
   • 选择CBC模式而非ECB，因为ECB会导致相同明文块产生相同密文块，存在安全隐患
   • 需要初始化向量（IV）增加随机性，每次加密都应生成新IV

2. 填充处理：

   
   
   
   • PKCS5Padding是Java最常用的填充方式
   • 当数据不是块大小的整数倍时自动填充

3. 密钥管理：

   
   
   
   • 示例中使用Base64编码存储密钥
   • 实际项目中应考虑使用密钥管理系统（如AWS KMS）

4. 异常处理：

   
   
   
   • 需处理InvalidKeyException、BadPaddingException等
   • 建议在业务层统一封装加密异常

四、实际应用示例

java
public class Main {
public static void main(String[] args) {
try {
// 1. 生成密钥（实际项目应安全存储）
String secretKey = AESUtil.generateKey();
System.out.println("密钥：" + secretKey);

        // 2. 加密数据
        String originText = "敏感数据123";
        String encrypted = AESUtil.encrypt(originText, secretKey);
        System.out.println("加密结果：" + encrypted);

        // 3. 解密验证
        String decrypted = AESUtil.decrypt(encrypted, secretKey);
        System.out.println("解密结果：" + decrypted);

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

}

五、性能与安全建议

1. 线程安全：

   
   
   
   • Cipher实例不是线程安全的，每次加密都应新建实例
   • 可以考虑使用ThreadLocal优化

2. 性能优化：

   
   
   
   • 大量数据加密时可用AES-NI硬件加速
   • 考虑缓存SecretKeySpec对象

3. 增强安全：

   
   
   
   • 结合HMAC进行完整性验证
   • 定期轮换加密密钥
   • 敏感数据加密后仍需控制数据库访问权限