介紹
加密和解密都使用同一把秘鑰，這種加密方法稱為對稱加密，也稱為單密鑰加密。
簡單理解為：加密解密都是同一把鑰匙
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上一篇文章
凱撒密碼就屬于對稱加密，他的字符偏移量即為秘鑰。
對稱加密常用算法
AES、DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK 等。
DES：全稱為Data Encryption Standard，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種使用密鑰加密的塊算法，1976 年被美國聯(lián)邦政府的國家標(biāo)準(zhǔn)局確定為聯(lián)邦資料處理標(biāo)準(zhǔn)（FIPS），隨后在國際上廣泛流傳開來。
3DES：也叫Triple DES，是三重數(shù)據(jù)加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）塊密碼的通稱。它相當(dāng)于是對每個數(shù)據(jù)塊應(yīng)用三次DES 加密算法。由于計算機運算能力的增強，原版DES 密碼的密鑰長度變得容易被暴力破解；3DES 即是設(shè)計用來提供一種相對簡單的方法，即通過增加DES 的密鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設(shè)計一種全新的塊密碼算法。
AES: 高級加密標(biāo)準(zhǔn)（英語：Advanced Encryption Standard，縮寫：AES），在密碼學(xué)中又稱Rijndael 加密法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)用來替代原先的DES，已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。經(jīng)過五年的甄選流程，高級加密標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）于2001 年11 月26 日發(fā)布于FIPS PUB 197，并在2002 年5 月26 日成為有效的標(biāo)準(zhǔn)。2006 年，高級加密標(biāo)準(zhǔn)已然成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一。
DES 算法簡介
Bit 是計算機最小的傳輸單位。以0 或1 來表示比特位的值
例如數(shù)字3 對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)為：00000011
代碼示例：
1. int i = 97;
2. String bit = Integer.toBinaryString(i);
3. //輸出：97 對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)為： 1100001
4. System.out.println(i + "對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)為： " + bit);
Byte 與Bit 區(qū)別
數(shù)據(jù)存儲是以“字節(jié)”（Byte）為單位，數(shù)據(jù)傳輸是以大多是以“位”（bit，又名“比特”）為單位，一個位就代表一個0 或1（即二進制），每8 個位（bit，簡寫為b）組成一個字節(jié)（Byte，簡寫為B），是最小一級的信息單位。
Byte 的取值范圍：
1. //byte 的取值范圍：-128 到127
2. System.out.println(Byte.MIN_VALUE + "到" + Byte.MAX_VALUE);```
即10000000 到01111111 之間，一個字節(jié)占8 個比特位
二進制轉(zhuǎn)十進制圖示：
任何字符串都可以轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組
- String data = "1234abcd";
- byte[] bytes = data.getBytes();//內(nèi)容為：49 50 51 52 97 98 99 100
上面數(shù)據(jù)49 50 51 52 97 98 99 100 對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)（即比特位為）：
00110001
00110010
00110011
00110100
01100001
01100010
01100011
01100100
將他們間距調(diào)大一點，可看做一個矩陣：
0 0 1 1 0 0 0 1
0 0 1 1 0 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 1
0 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 1 0
0 1 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 0 1 0 0
之后可對他們進行各種操作，例如交換位置、分割、異或運算等，常見的加密方式就是這樣操作比特位的，
例如下圖的IP 置換以及S-Box 操作都是常見加密的一些方式：
IP 置換：
S-BOX 置換：
DES 加密過程圖解（流程很復(fù)雜，只需要知道內(nèi)部是操作比特位即可）：
##對稱加密應(yīng)用場景
1. 本地數(shù)據(jù)加密（例如加密android 里SharedPreferences 里面的某些敏感數(shù)據(jù)）
2. 網(wǎng)絡(luò)傳輸：登錄接口post 請求參數(shù)加密{username=lisi,pwd=oJYa4i9VASRoxVLh75wPCg==}
3. 加密用戶登錄結(jié)果信息并序列化到本地磁盤(將user 對象序列化到本地磁盤，下次登錄時反序列化到
內(nèi)存里)
4. 網(wǎng)頁交互數(shù)據(jù)加密（即Https）
##DES 算法代碼實現(xiàn)
- //1,得到cipher 對象（可翻譯為密碼器或密碼系統(tǒng)）
- Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
- //2，創(chuàng)建秘鑰
- SecretKey key = KeyGenerator.getInstance("DES").generateKey();
- //3，設(shè)置操作模式（加密/解密）
- cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
- //4，執(zhí)行操作
- byte[] result = cipher.doFinal("哈哈".getBytes());
##AES 算法代碼實現(xiàn)
用法同上，只需把”DES”參數(shù)換成”AES”即可。
##使用Base64 編碼加密后的結(jié)果
- byte[] result = cipher.doFinal("哈哈".getBytes());
- System.out.println(new String(result));
輸出：
加密后的結(jié)果是字節(jié)數(shù)組，這些被加密后的字節(jié)在碼表（例如UTF-8 碼表）上找不到對應(yīng)字符，會出現(xiàn)亂碼，當(dāng)亂碼字符串再次轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組時，長度會變化，導(dǎo)致解密失敗，所以轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是不安全的。
使用Base64 對字節(jié)數(shù)組進行編碼，任何字節(jié)都能映射成對應(yīng)的Base64 字符，之后能恢復(fù)到字節(jié)數(shù)組，利于加密后數(shù)據(jù)的保存于傳輸，所以轉(zhuǎn)換是安全的。同樣，字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成16 進制字符串也是安全的。
密文轉(zhuǎn)換成Base64 編碼后的輸出結(jié)果：
密文轉(zhuǎn)換成16 進制編碼后的輸出結(jié)果：
Java 里沒有直接提供Base64 以及字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)16 進制的Api，開發(fā)中一般是自己手寫或直接使用第三方提供的成熟穩(wěn)定的工具類（例如apache 的commons-codec）。
####Base64 字符映射表
##對稱加密的具體應(yīng)用方式
1，生成秘鑰并保存到硬盤上，以后讀取該秘鑰進行加密解密操作，實際開發(fā)中用得比較少。
> 1. //生成隨機秘鑰
2. SecretKey secretKey = KeyGenerator.getInstance("AES").generateKey();
3. //序列化秘鑰到磁盤上
4. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("haha.key"));
5. ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
6. oos.writeObject(secretKey);
8. //從磁盤里讀取秘鑰
9. FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("haha.key"));
10. ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
11. Key key = (Key) ois.readObject();
2，使用自定義秘鑰（秘鑰寫在代碼里）
> 1. //創(chuàng)建密鑰寫法1
2. KeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
3. SecretKey secretKey = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM).
4. generateSecret(keySpec);
6. //創(chuàng)建密鑰寫法2
7. //SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(), KEY_ALGORITHM);
9. Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
10. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
11. //得到key 后，后續(xù)代碼就是Cipher 的寫法，此處省略...
把秘鑰寫在代碼里有一定風(fēng)險，當(dāng)別人反編譯代碼的時候，可能會看到秘鑰，android 開發(fā)里建議用`JNI `把秘鑰值寫到`C `代碼里，甚至拆分成幾份，最后再組合成真正的秘鑰
##算法/工作模式/填充模式
初始化cipher 對象時，參數(shù)可以直接傳算法名：例如：
Cipher c = Cipher.getInstance("DES");
也可以指定更詳細(xì)的參數(shù)，格式："algorithm/mode/padding" ，即"算法/工作模式/填充模式"
Cipher c = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
###密碼塊工作模式
塊密碼工作模式(Block cipher mode of operation)，是對于按塊處理密碼的加密方式的一種擴充，
不僅僅適用于AES，包括DES, RSA 等加密方法同樣適用。
|名稱|英文|全名|方法|優(yōu)點|缺點
|---|---|---|---|---|---
|ECB| Electroniccodebook|電子密碼本|每塊獨立加密|1.分塊可以并行處理|1.同樣的原文得到相同的密文，容易被攻擊
|CBC| Cipher-blockchaining|密碼分組鏈接|每塊加密依賴于前一塊的密文|1.同樣的原文得到不同的密文<br>2.原文微小改動影響后面全部密文|1.加密需要串行處理 <br>2.誤差傳遞
|PCBC |Propagatingcipher-blockchaining|填充密碼塊鏈接|CBC 的擴種，較少使用|1.同樣的原文得到不同的密文<br>2.互換兩個鄰接的密文塊不會對后續(xù)塊的解密造成影響|1.加密需要串行處理
|CFB| Cipherfeedback|密文反饋||||
|OFB| Outputfeedback|輸出反饋模式|加密后密文與原文異或XOR||1.能夠?qū)γ芪倪M行校驗
|CTR |Counter mode |計數(shù)器模式|增加一個序列函數(shù)對所有密文快做XOR||||
填充
填充(Padding)，是對需要按塊處理的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)長度不符合塊處理需求時，按照一定方法填充滿塊長的一種規(guī)則。
|名稱|方法|示例
|---|---|---
|Zero padding |最常見的方式，全填充0x00 |AA AA AA AA 00 00 00 00
|ANSI X.923| Zero 的改進，最后一個字節(jié)為填充字節(jié)個數(shù)|AA AA AA AA 00 00 00 04
|ISO 10126| 隨機填充|AA AA AA AA 81 A6 23 04
|PKCS7| ANSI X.923 的變體填充1 個字符就全0x01填充2 個字符就全0x02不需要填充就增加一個塊，填充塊長度，塊長為8 就填充0x08，塊長為16 就填充0x10|AA AA AA AA AA AA AA01<br>AA AA AA AA 04 04 04 04<br>AA AA AA AA AA AA AA<br>AA 08 08 08 08 08 08 08 08
|ISO/IEC 7816-4 |以0x80 開始作為填充開始標(biāo)記，后續(xù)全填充0x00|AA AA AA AA AA AA AA 80AA AA AA AA 80 00 00 00
具體代碼:
> 1 //秘鑰算法
2 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
3 //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式
4 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";
5 //秘鑰
6 private static final String KEY = "12345678";//DES 秘鑰長度必須是8 位或以上
7 //private static final String KEY = "1234567890123456";//AES 秘鑰長度必須是16 位
9 //初始化秘鑰
10 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM);
11 Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
12 //加密
13 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
14 byte[] result = cipher.doFinal(input.getBytes());
注意：AES、DES 在CBC 操作模式下需要`iv` 參數(shù)
> 15 //AES、DES 在CBC 操作模式下需要iv 參數(shù)
16 IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
18 //加密
19 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
##總結(jié)
DES 安全度在現(xiàn)代已經(jīng)不夠高，后來又出現(xiàn)的3DES 算法強度提高了很多，但是其執(zhí)行效率低下，AES算法加密強度大，執(zhí)行效率高，使用簡單，**實際開發(fā)中建議選擇AES 算法**。
實際android 開發(fā)中可以用對稱加密（例如選擇AES 算法）來解決很多問題，例如：
1，做一個管理密碼的app，我們在不同的網(wǎng)站里使用不同賬號密碼，很難記住，想做個app 統(tǒng)一管理，但是賬號密碼保存在手機里，一旦丟失了容易造成安全隱患，所以需要一種加密算法，將賬號密碼信息加密起來保管，這時候如果使用對稱加密算法，將數(shù)據(jù)進行加密，秘鑰我們自己記載心里，只需要記住一個密碼。需要的時候可以還原信息。
2，android 里需要把一些敏感數(shù)據(jù)保存到SharedPrefrence 里的時候，也可以使用對稱加密，這樣可以在需要的時候還原。
3，請求網(wǎng)絡(luò)接口的時候，我們需要上傳一些敏感數(shù)據(jù)，同樣也可以使用對稱加密，服務(wù)端使用同樣的算法就可以解密?；蛘叻?wù)端需要給客戶端傳遞數(shù)據(jù)，同樣也可以先加密，然后客戶端使用同樣算法解密。