DES对称加密：Java和.NET使用的区别

Java和.NET的系统类库里都有封装DES对称加密的实现方式，但是对外暴露的接口却各不相同，甚至有时会让自己难以解决其中的问题，比如Java加密后的结果在.NET中解密不出来等，由于最近项目有跨Java和.NET的加解密，经过我的分析调试，终于让它们可以互相加密解密了。

DES加密

DES是一种对称加密(Data Encryption Standard)算法，以前我写过一篇文章：.NET中加密解密相关知识，有过简单描述。

DES算法一般有两个关键点，第一个是加密算法，第二个是数据补位。

加密算法常见的有ECB模式和CBC模式：

ECB模式：电子密本方式，这是Java封装的DES算法的默认模式，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，则补足8个字节(注意：这里就涉及到数据补位了)进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

CBC模式：密文分组链接方式，这是.NET封装的DES算法的默认模式，它比较麻烦，加密步骤如下：

1、首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2……Dn(若数据不是8的整数倍，就涉及到数据补位了)

2、第一组数据D1与向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1(注意：这里有向量I的说法，ECB模式下没有使用向量I)

3、第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密，得到第二组密文C2

4、之后的数据以此类推，得到Cn

5、按顺序连为C1C2C3……Cn即为加密结果。

数据补位一般有NoPadding和PKCS7Padding(Java中是PKCS5Padding)填充方式，PKCS7Padding和PKCS5Padding实际只是协议不一样，根据相关资料说明：PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节，PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。但是封装的DES算法默认都是8字节，所以可以认为他们一样。数据补位实际是在数据不满8字节的倍数，才补充到8字节的倍数的填充过程。

NoPadding填充方式：算法本身不填充，比如.NET的padding提供了有None,Zeros方式，分别为不填充和填充0的方式。

PKCS7Padding(PKCS5Padding)填充方式：为.NET和Java的默认填充方式，对加密数据字节长度对8取余为r,如r大于0,则补8-r个字节，字节为8-r的值;如果r等于0,则补8个字节8.比如：

加密字符串为为AAA,则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB,则补位为BBBBBB22;加密字符串为CCCCCCCC,则补位为CCCCCCCC88888888.

.NET中的DES加密

对于.NET,框架在System.Security.Cryptography命名空间下提供了DESCryptoServiceProvider作为System.Security.Cryptography.DES加密解密的包装接口，它提供了如下的4个方法：

public override ICryptoTransform CreateDecryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)

public override ICryptoTransform CreateEncryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)

public override void GenerateIV()

public override void GenerateKey()

从.NET类库封装情况，加解密需要传入一个Key和IV向量。而且Key必须为8字节的数据，否则会直接抛异常出来，当使用ECB模式下，不管传入什么IV向量，加密结果都一样。示例代码如下：

public static string EncryptWithJava(string key, string str)

{

if (key.Length < 8 || string.IsNullOrEmpty(str))

{

throw new Exception("加密key小于8或者加密字符串为空!");

}

byte[] bKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key.Substring(0, 8));

byte[] bIV = IV;

byte[] bStr = Encoding.UTF8.GetBytes(str);

try

{

DESCryptoServiceProvider desc = new DESCryptoServiceProvider();

desc.Padding = PaddingMode.PKCS7;//补位

desc.Mode = CipherMode.ECB;//CipherMode.CBC

using (MemoryStream mStream = new MemoryStream())

{

using (CryptoStream cStream = new CryptoStream(mStream, desc.CreateEncryptor(bKey, bIV)， CryptoStreamMode.Write))

{

cStream.Write(bStr, 0, bStr.Length);

cStream.FlushFinalBlock();

StringBuilder ret = new StringBuilder();

byte[] res = mStream.ToArray();

foreach (byte b in res)

{

ret.AppendFormat("{0:x2}", b);

}

return ret.ToString();

}

}

}

catch

{

return string.Empty;

}

}

由于为ECB模式，因此IV这里设置什么值都是可以的，当为CBC模式下，则需要设置为其他值，比如：public static byte[] IV = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08 },才能正常加密解密。

Java中的DES加密

Java的Javax.crypto.Cipher包下，提供了加密解密的功能，它的静态getInstance方法，可以返回一个Cipher对象，一般有public static final Cipher getInstance(String transformation)方法，transformation为：algorithm/mode/padding,分别表示算法名称，比如DES,也可以在后面包含算法模式和填充方式，但也可以只是算法名称，如为："DES/CBC/PKCS5Padding","DES"等。Java中默认的算法为ECB,默认填充方式为PKCS5Padding.Cipher的Init方法用来初始化加密对象，常见的有：

public final void init(int opmode, Key key, AlgorithmParameterSpec params)

public final void init(int opmode,Key key, SecureRandom random)

用SecureRandom时，一般用于不需要IV的算法模式，示例代码如下：

public static String encrypt2(String src) throws Exception {

SecureRandom sr = new SecureRandom();

DESKeySpec ks = new DESKeySpec(KEY.getBytes("UTF-8"));

SecretKeyFactory skf = SecretKeyFactory.getInstance("DES");

SecretKey sk = skf.generateSecret(ks);

Cipher cip = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");//Cipher.getInstance("DES");

IvParameterSpec iv2 = new IvParameterSpec(IV);

cip.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sk, iv2);//IV的方式

//cip.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sk, sr);//没有传递IV

String dest = byteToHex(cip.doFinal(src.getBytes("UTF-8")));

return dest;

}

当默认用DES,Java会用ECB模式，因此这里IV向量没有作用，这里，但当用CBC模式下，如果还是用SecureRandom,则每次加密的结果都会不一样，因为Java内部会用随机的IV来初始化Cipher对象，如示例代码，由于Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding")使用了CBC,因此我这里用的Javax.crypto.spec.IvParameterSpec包下的IvParameterSpec来初始化向量IV:

Private final static byte[] IV = new byte[] {0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01};

总结

对于.NET和Java在使用DES对称加密时，需要大家指定一样的算法和填充模式，并且Java在写DES加解密算法时，还需要根据创建Cipher对象的不同，正确使用IV向量。在不同系统需要互相数据时，必须要明确的是加密算法，Key和算法模式，再根据不同模式是否需要IV向量，最后是填充模式。