cn.hutool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto Maven / Gradle / Ivy
package cn.hutool.crypto.symmetric;
import cn.hutool.core.io.IORuntimeException;
import cn.hutool.core.io.IoUtil;
import cn.hutool.core.lang.Assert;
import cn.hutool.core.lang.Opt;
import cn.hutool.core.util.ArrayUtil;
import cn.hutool.core.util.HexUtil;
import cn.hutool.core.util.RandomUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import cn.hutool.crypto.CipherMode;
import cn.hutool.crypto.CipherWrapper;
import cn.hutool.crypto.CryptoException;
import cn.hutool.crypto.KeyUtil;
import cn.hutool.crypto.Padding;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.CipherInputStream;
import javax.crypto.CipherOutputStream;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.io.Serializable;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.AlgorithmParameterSpec;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
/**
* 对称加密算法
* 在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。
* 收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。
* 在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。
*
* @author Looly
*/
public class SymmetricCrypto implements SymmetricEncryptor, SymmetricDecryptor, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private CipherWrapper cipherWrapper;
/**
* SecretKey 负责保存对称密钥
*/
private SecretKey secretKey;
/**
* 是否0填充
*/
private boolean isZeroPadding;
private final Lock lock = new ReentrantLock();
// ------------------------------------------------------------------ Constructor start
/**
* 构造，使用随机密钥
*
* @param algorithm {@link SymmetricAlgorithm}
*/
public SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm algorithm) {
this(algorithm, (byte[]) null);
}
/**
* 构造，使用随机密钥
*
* @param algorithm 算法，可以是"algorithm/mode/padding"或者"algorithm"
*/
public SymmetricCrypto(String algorithm) {
this(algorithm, (byte[]) null);
}
/**
* 构造
*
* @param algorithm 算法 {@link SymmetricAlgorithm}
* @param key 自定义KEY
*/
public SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm algorithm, byte[] key) {
this(algorithm.getValue(), key);
}
/**
* 构造
*
* @param algorithm 算法 {@link SymmetricAlgorithm}
* @param key 自定义KEY
* @since 3.1.2
*/
public SymmetricCrypto(SymmetricAlgorithm algorithm, SecretKey key) {
this(algorithm.getValue(), key);
}
/**
* 构造
*
* @param algorithm 算法
* @param key 密钥
*/
public SymmetricCrypto(String algorithm, byte[] key) {
this(algorithm, KeyUtil.generateKey(algorithm, key));
}
/**
* 构造
*
* @param algorithm 算法
* @param key 密钥
* @since 3.1.2
*/
public SymmetricCrypto(String algorithm, SecretKey key) {
this(algorithm, key, null);
}
/**
* 构造
*
* @param algorithm 算法
* @param key 密钥
* @param paramsSpec 算法参数，例如加盐等
* @since 3.3.0
*/
public SymmetricCrypto(String algorithm, SecretKey key, AlgorithmParameterSpec paramsSpec) {
init(algorithm, key);
initParams(algorithm, paramsSpec);
}
// ------------------------------------------------------------------ Constructor end
/**
* 初始化
*
* @param algorithm 算法
* @param key 密钥，如果为{@code null}自动生成一个key
* @return SymmetricCrypto的子对象，即子对象自身
*/
public SymmetricCrypto init(String algorithm, SecretKey key) {
Assert.notBlank(algorithm, "'algorithm' must be not blank !");
this.secretKey = key;
// 检查是否为ZeroPadding，是则替换为NoPadding，并标记以便单独处理
if (algorithm.contains(Padding.ZeroPadding.name())) {
algorithm = StrUtil.replace(algorithm, Padding.ZeroPadding.name(), Padding.NoPadding.name());
this.isZeroPadding = true;
}
this.cipherWrapper = new CipherWrapper(algorithm);
return this;
}
/**
* 获得对称密钥
*
* @return 获得对称密钥
*/
public SecretKey getSecretKey() {
return secretKey;
}
/**
* 获得加密或解密器
*
* @return 加密或解密
*/
public Cipher getCipher() {
return cipherWrapper.getCipher();
}
/**
* 设置偏移向量
*
* @param iv 偏移向量，加盐
* @return 自身
*/
public SymmetricCrypto setIv(byte[] iv) {
return setIv(new IvParameterSpec(iv));
}
/**
* 设置偏移向量
*
* @param iv {@link IvParameterSpec}偏移向量
* @return 自身
*/
public SymmetricCrypto setIv(IvParameterSpec iv) {
return setParams(iv);
}
/**
* 设置 {@link AlgorithmParameterSpec}，通常用于加盐或偏移向量
*
* @param params {@link AlgorithmParameterSpec}
* @return 自身
*/
public SymmetricCrypto setParams(AlgorithmParameterSpec params) {
lock.lock();
try {
this.cipherWrapper.setParams(params);
} finally {
lock.unlock();
}
return this;
}
/**
* 设置随机数生成器，可自定义随机数种子
*
* @param random 随机数生成器，可自定义随机数种子
* @return this
* @since 5.7.17
*/
public SymmetricCrypto setRandom(SecureRandom random) {
lock.lock();
try {
this.cipherWrapper.setRandom(random);
} finally {
lock.unlock();
}
return this;
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Update
/**
* 初始化模式并清空数据
*
* @param mode 模式枚举
* @return this
* @since 5.7.12
*/
public SymmetricCrypto setMode(CipherMode mode) {
lock.lock();
try {
initMode(mode.getValue());
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
return this;
}
/**
* 更新数据，分组加密中间结果可以当作随机数
* 第一次更新数据前需要调用{@link #setMode(CipherMode)}初始化加密或解密模式，然后每次更新数据都是累加模式
*
* @param data 被加密的bytes
* @return update之后的bytes
* @since 5.6.8
*/
public byte[] update(byte[] data) {
final Cipher cipher = cipherWrapper.getCipher();
lock.lock();
try {
return cipher.update(paddingDataWithZero(data, cipher.getBlockSize()));
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 更新数据，分组加密中间结果可以当作随机数
* 第一次更新数据前需要调用{@link #setMode(CipherMode)}初始化加密或解密模式，然后每次更新数据都是累加模式
*
* @param data 被加密的bytes
* @return update之后的hex数据
* @since 5.6.8
*/
public String updateHex(byte[] data) {
return HexUtil.encodeHexStr(update(data));
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Encrypt
@Override
public byte[] encrypt(byte[] data) {
lock.lock();
try {
final Cipher cipher = initMode(Cipher.ENCRYPT_MODE);
return cipher.doFinal(paddingDataWithZero(data, cipher.getBlockSize()));
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
@Override
public void encrypt(InputStream data, OutputStream out, boolean isClose) throws IORuntimeException {
lock.lock();
CipherOutputStream cipherOutputStream = null;
try {
final Cipher cipher = initMode(Cipher.ENCRYPT_MODE);
cipherOutputStream = new CipherOutputStream(out, cipher);
long length = IoUtil.copy(data, cipherOutputStream);
if (this.isZeroPadding) {
final int blockSize = cipher.getBlockSize();
if (blockSize > 0) {
// 按照块拆分后的数据中多余的数据
final int remainLength = (int) (length % blockSize);
if (remainLength > 0) {
// 补充0
cipherOutputStream.write(new byte[blockSize - remainLength]);
cipherOutputStream.flush();
}
}
}
} catch (IORuntimeException e) {
throw e;
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
// issue#I4EMST@Gitee
// CipherOutputStream必须关闭，才能完全写出
IoUtil.close(cipherOutputStream);
if (isClose) {
IoUtil.close(data);
}
}
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Decrypt
@Override
public byte[] decrypt(byte[] bytes) {
final int blockSize;
final byte[] decryptData;
lock.lock();
try {
final Cipher cipher = initMode(Cipher.DECRYPT_MODE);
blockSize = cipher.getBlockSize();
decryptData = cipher.doFinal(bytes);
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
return removePadding(decryptData, blockSize);
}
@Override
public void decrypt(InputStream data, OutputStream out, boolean isClose) throws IORuntimeException {
lock.lock();
CipherInputStream cipherInputStream = null;
try {
final Cipher cipher = initMode(Cipher.DECRYPT_MODE);
cipherInputStream = new CipherInputStream(data, cipher);
if (this.isZeroPadding) {
final int blockSize = cipher.getBlockSize();
if (blockSize > 0) {
copyForZeroPadding(cipherInputStream, out, blockSize);
return;
}
}
IoUtil.copy(cipherInputStream, out);
} catch (IOException e) {
throw new IORuntimeException(e);
} catch (IORuntimeException e) {
throw e;
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
// issue#I4EMST@Gitee
// CipherOutputStream必须关闭，才能完全写出
IoUtil.close(cipherInputStream);
if (isClose) {
IoUtil.close(data);
}
}
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Getters
// --------------------------------------------------------------------------------- Private method start
/**
* 初始化加密解密参数，如IV等
*
* @param algorithm 算法
* @param paramsSpec 用户定义的{@link AlgorithmParameterSpec}
* @return this
* @since 5.7.11
*/
private SymmetricCrypto initParams(String algorithm, AlgorithmParameterSpec paramsSpec) {
if (null == paramsSpec) {
byte[] iv = Opt.ofNullable(cipherWrapper)
.map(CipherWrapper::getCipher).map(Cipher::getIV).get();
// 随机IV
if (StrUtil.startWithIgnoreCase(algorithm, "PBE")) {
// 对于PBE算法使用随机数加盐
if (null == iv) {
iv = RandomUtil.randomBytes(8);
}
paramsSpec = new PBEParameterSpec(iv, 100);
} else if (StrUtil.startWithIgnoreCase(algorithm, "AES")) {
if (null != iv) {
//AES使用Cipher默认的随机盐
paramsSpec = new IvParameterSpec(iv);
}
}
}
return setParams(paramsSpec);
}
/**
* 初始化{@link Cipher}为加密或者解密模式
*
* @param mode 模式，见{@link Cipher#ENCRYPT_MODE} 或 {@link Cipher#DECRYPT_MODE}
* @return {@link Cipher}
* @throws InvalidKeyException 无效key
* @throws InvalidAlgorithmParameterException 无效算法
*/
private Cipher initMode(int mode) throws InvalidKeyException, InvalidAlgorithmParameterException {
return this.cipherWrapper.initMode(mode, this.secretKey).getCipher();
}
/**
* 数据按照blockSize的整数倍长度填充填充0
*
*
* 在{@link Padding#ZeroPadding} 模式下，且数据长度不是blockSize的整数倍才有效，否则返回原数据
*
*
* 见：https://blog.csdn.net/OrangeJack/article/details/82913804
*
* @param data 数据
* @param blockSize 块大小
* @return 填充后的数据，如果isZeroPadding为false或长度刚好，返回原数据
* @since 4.6.7
*/
private byte[] paddingDataWithZero(byte[] data, int blockSize) {
if (this.isZeroPadding) {
final int length = data.length;
// 按照块拆分后的数据中多余的数据
final int remainLength = length % blockSize;
if (remainLength > 0) {
// 新长度为blockSize的整数倍，多余部分填充0
return ArrayUtil.resize(data, length + blockSize - remainLength);
}
}
return data;
}
/**
* 数据按照blockSize去除填充部分，用于解密
*
*
* 在{@link Padding#ZeroPadding} 模式下，且数据长度不是blockSize的整数倍才有效，否则返回原数据
*
* @param data 数据
* @param blockSize 块大小，必须大于0
* @return 去除填充后的数据，如果isZeroPadding为false或长度刚好，返回原数据
* @since 4.6.7
*/
private byte[] removePadding(byte[] data, int blockSize) {
if (this.isZeroPadding && blockSize > 0) {
final int length = data.length;
final int remainLength = length % blockSize;
if (remainLength == 0) {
// 解码后的数据正好是块大小的整数倍，说明可能存在补0的情况，去掉末尾所有的0
int i = length - 1;
while (i >= 0 && 0 == data[i]) {
i--;
}
return ArrayUtil.resize(data, i + 1);
}
}
return data;
}
/**
* 拷贝解密后的流
*
* @param in {@link CipherInputStream}
* @param out 输出流
* @param blockSize 块大小
* @throws IOException IO异常
*/
private static void copyForZeroPadding(CipherInputStream in, OutputStream out, int blockSize) throws IOException {
int n = 1;
if (IoUtil.DEFAULT_BUFFER_SIZE > blockSize) {
n = Math.max(n, IoUtil.DEFAULT_BUFFER_SIZE / blockSize);
}
// 此处缓存buffer使用blockSize的整数倍，方便读取时可以正好将补位的0读在一个buffer中
final int bufSize = blockSize * n;
final byte[] preBuffer = new byte[bufSize];
final byte[] buffer = new byte[bufSize];
boolean isFirst = true;
int preReadSize = 0;
for (int readSize; (readSize = in.read(buffer)) != IoUtil.EOF; ) {
if (isFirst) {
isFirst = false;
} else {
// 将前一批数据写出
out.write(preBuffer, 0, preReadSize);
}
ArrayUtil.copy(buffer, preBuffer, readSize);
preReadSize = readSize;
}
// 去掉末尾所有的补位0
int i = preReadSize - 1;
while (i >= 0 && 0 == preBuffer[i]) {
i--;
}
out.write(preBuffer, 0, i + 1);
out.flush();
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Private method end
}