1. 简介
加密技术是现代数据安全的基石，保护数据免受未经授权的访问。在众多加密标准中，AES（Advanced Encryption Standard）因其在效率、简洁性和安全性之间的良好平衡而脱颖而出。它以固定大小（128 位）的数据块为单位进行操作，支持 128、192 或 256 位的密钥长度，适用于多种安全需求场景。
本文将介绍 AES 的基本概念，在 Kotlin 项目中如何进行 AES 加密与解密的实现，并通过一个简单的 Kotlin 示例演示其使用方式。
2. 理解 AES
AES 在软件和硬件实现中都表现出极高的效率，其设计简洁、安全性强，因此在全球范围内被广泛应用于各种安全协议和系统中。
作为对称加密算法，AES 使用相同的密钥进行加密和解密 ✅。这使得在各种应用中安全地交换数据成为可能。
以下是 AES 的一些关键特性：
- 块加密算法（Block Cipher）：以固定大小（128 位）的数据块进行操作
- 对称密钥（Symmetric Key）：加密和解密使用相同密钥
- 安全性（Security）：对多种密码攻击具有强抵抗能力
- 灵活性（Flexibility）：支持 128、192 或 256 位的密钥长度
3. AES 加密与解密的实现
下面我们将分别介绍如何生成 AES 密钥，并使用该密钥进行数据的加密与解密。
3.1. 生成 AES 密钥
首先，我们需要生成一个对称的 AES 密钥。可以使用 javax.crypto 包中的 KeyGenerator 类来完成这一任务：
fun generateAESKey(keySize: Int = 256): SecretKey {
val keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES")
keyGenerator.init(keySize)
return keyGenerator.generateKey()
}
通过设置 keySize 参数，我们可以灵活选择生成 128、192 或 256 位的密钥 ❗
3.2. AES 加密
在 AES 加密/解密过程中，"AES/CBC/PKCS5Padding" 字符串指定了加密算法、工作模式和填充方式。CBC（Cipher Block Chaining）模式使用初始化向量（IV）来增强安全性，而 PKCS5Padding 保证最后一个数据块被正确填充。
以下是使用 Cipher 类实现的加密逻辑：
fun aesEncrypt(data: ByteArray, secretKey: SecretKey): ByteArray {
val cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding")
val ivParameterSpec = IvParameterSpec(ByteArray(16)) // 生产环境应使用随机生成的 IV
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec)
return cipher.doFinal(data)
}
一个安全的 IV（初始化向量）应该在每次加密时随机生成，以提升安全性 ⚠️。此外，必须保存这个 IV，因为解密时需要用到它。最后，doFinal() 方法执行加密操作。
3.3. AES 解密
在完成加密之后，我们实现对应的解密逻辑：
fun aesDecrypt(encryptedData: ByteArray, secretKey: SecretKey): ByteArray {
val cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding")
val ivParameterSpec = IvParameterSpec(ByteArray(16)) // 必须使用加密时相同的 IV
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec)
return cipher.doFinal(encryptedData)
}
该函数展示了如何通过使用相同的 IV 和密钥，将加密后的数据还原为原始数据。通过将 Cipher 初始化为 DECRYPT_MODE，我们确保解密过程的完整性，从而安全地还原原始信息。
这一步验证了 AES 的对称性：同一个密钥既可以加密数据，也可以解密数据 ✅
4. 单元测试 AES 加密与解密
我们编写一个 JUnit 测试用例，对一段文本进行加密后再解密，并断言解密后的内容与原始内容一致：
@Test
fun `Given text when encrypted and decrypted should return original text`() {
val originalText = "Hello Kotlin AES Encryption!"
val secretKey = generateAESKey(256)
val encryptedData = aesEncrypt(originalText.toByteArray(), secretKey)
val decryptedData = aesDecrypt(encryptedData, secretKey)
val decryptedText = String(decryptedData)
assertEquals(originalText, decryptedText, "The decrypted text does not match the original")
}
运行该测试可以验证 AES 加密与解密流程的正确性。该测试也展示了 AES 的对称特性：用于加密的密钥同样可用于解密。
5. 小结
本文介绍了在 Kotlin 中实现 AES 加密与解密的基本流程。我们了解了 AES 的基本原理，实现了密钥生成、加密与解密功能，并通过 JUnit 测试验证了其正确性。
在生产环境中使用 AES 时，需要注意以下几点：
- 密钥管理要安全：密钥应妥善保存，避免泄露
- IV 要随机生成：每次加密应使用不同的 IV
- 遵循加密最佳实践：如使用安全的填充方式、合理选择密钥长度等
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