Java对称加密实战：DES、3DES与AES

前言

加解密是业务开发绕不开的需求，手机号、身份证、银行卡等敏感字段落库加密基本都是对称加密。这篇整理对称加密的原理和 DES、3DES、AES 三种算法的 Java 实现。

一、对称密码算法

对称密码算法是当今应用范围最广、使用频率最高的加密算法，不仅应用于软件行业，在硬件行业同样流行，各种基础设施凡是涉及到安全需求都会优先考虑对称加密算法。

核心特征：加密密钥和解密密钥相同，对于大多数对称密码算法，加解密过程互逆。

特点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

弱点：双方都使用同样密钥，安全性得不到保证。

加解密通信模型

对称密码加解密通信模型

分组密码工作模式

对称密码有流密码和分组密码两种，现在普遍使用的是分组密码，五种工作模式：

ECB：电子密码本。最常用，每次加密均产生独立的密文分组，对其他密文分组不会产生影响——相同的明文加密后产生相同的密文
CBC：密文链接。常用，明文加密前需要先和前面的密文做异或运算——相同的明文加密后产生不同的密文
CFB：密文反馈
OFB：输出反馈
CTR：计数器

分组密码填充方式

NoPadding：无填充
PKCS5Padding
ISO10126Padding

常用对称密码算法

DES（Data Encryption Standard，数据加密标准）
3DES（Triple DES、DESede，进行三重 DES 加密的算法）
AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准，可有效抵御针对 DES 的攻击算法）

三种算法对比：

算法	密钥长度	默认密钥长度	工作模式	填充方式
DES	56	56	ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8-CFB128、OFB、OFB8-OFB128	NoPadding、PKCS5Padding、ISO10126Padding
3DES	112、168	168	同上	同上
AES	128、192、256	128	同上	同上

二、DES 算法

特点：密钥偏短（56位）、生命周期短（避免被破解），是对称加密算法领域中的典型算法。

生成密钥：

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KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("DES");  // 密钥生成器
keyGen.init(56);                                        // 初始化密钥生成器
SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();             // 生成密钥
byte[] key = secretKey.getEncoded();                    // 密钥字节数组

加密：

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SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "DES");    // 恢复密钥
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");              // Cipher 完成加密或解密工作类
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);            // 对 Cipher 初始化，加密模式
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);               // 加密 data

解密：

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SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "DES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);            // 解密模式
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);               // 解密 data

可以发现加密解密只是设置了不同的模式而已。

三、3DES 算法

特点：将密钥长度增至 112 位或 168 位，通过增加迭代次数提高安全性。

缺点：处理速度较慢、密钥计算时间较长、加密效率不高。

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// 生成密钥：可指定密钥长度为 112 或 168，默认为 168
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("DESede");
keyGen.init(168);
SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();
byte[] key = secretKey.getEncoded();

// 加密
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "DESede");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);

// 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);

四、AES 算法（推荐使用）

特点：高级加密标准，能够有效抵御已知的针对 DES 算法的所有攻击；密钥建立时间短、灵敏性好、内存需求低、安全性高。

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// 生成密钥：默认 128，获得无政策权限后可为 192 或 256
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(128);
SecretKey secretKey = keyGen.generateKey();
byte[] key = secretKey.getEncoded();

// 加密
SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(key, "AES");
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);

// 解密
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
byte[] cipherByte = cipher.doFinal(data);

提示：Cipher.getInstance("AES") 默认等价于 AES/ECB/PKCS5Padding。生产环境建议显式指定为 AES/CBC/PKCS5Padding 或 AES/GCM/NoPadding 并配合随机 IV，避免 ECB 模式相同明文产生相同密文的特征被利用。

总结

新项目直接用 AES（128 位起步），存量 DES/3DES 系统在改造时迁移；模式上避开 ECB、密钥管理上不要硬编码在代码里——算法本身很安全，出问题的往往是使用姿势。

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