cn.luues.tool.crypto.symmetric.SymmetricCrypto Maven / Gradle / Ivy
package cn.luues.tool.crypto.symmetric;
import cn.luues.tool.core.codec.Base64;
import cn.luues.tool.core.io.IORuntimeException;
import cn.luues.tool.core.io.IoUtil;
import cn.luues.tool.core.lang.Assert;
import cn.luues.tool.core.util.*;
import cn.luues.tool.crypto.CryptoException;
import cn.luues.tool.crypto.KeyUtil;
import cn.luues.tool.crypto.Padding;
import cn.luues.tool.crypto.SecureUtil;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.io.InputStream;
import java.io.Serializable;
import java.nio.charset.Charset;
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 Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
/**
* SecretKey 负责保存对称密钥
*/
private SecretKey secretKey;
/**
* Cipher负责完成加密或解密工作
*/
private Cipher cipher;
/**
* 加密解密参数
*/
private AlgorithmParameterSpec params;
/**
* 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);
if (null != paramsSpec) {
setParams(paramsSpec);
}
}
// ------------------------------------------------------------------ Constructor end
/**
* 初始化
*
* @param algorithm 算法
* @param key 密钥，如果为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;
// 对于PBE算法使用随机数加盐
if (algorithm.startsWith("PBE")) {
this.params = new PBEParameterSpec(RandomUtil.randomBytes(8), 100);
}
// 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.cipher = SecureUtil.createCipher(algorithm);
return this;
}
/**
* 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) {
this.params = params;
return this;
}
/**
* 设置偏移向量
*
* @param iv {@link IvParameterSpec}偏移向量
* @return 自身
*/
public SymmetricCrypto setIv(IvParameterSpec iv) {
setParams(iv);
return this;
}
/**
* 设置偏移向量
*
* @param iv 偏移向量，加盐
* @return 自身
*/
public SymmetricCrypto setIv(byte[] iv) {
setIv(new IvParameterSpec(iv));
return this;
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Encrypt
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的bytes
* @return 加密后的bytes
*/
public byte[] encrypt(byte[] data) {
lock.lock();
try {
if (null == this.params) {
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
} else {
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, params);
}
return cipher.doFinal(paddingDataWithZero(data, cipher.getBlockSize()));
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}
/**
* 加密
*
* @param data 数据
* @return 加密后的Hex
*/
public String encryptHex(byte[] data) {
return HexUtil.encodeHexStr(encrypt(data));
}
/**
* 加密
*
* @param data 数据
* @return 加密后的Base64
* @since 4.0.1
*/
public String encryptBase64(byte[] data) {
return Base64.encode(encrypt(data));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的bytes
*/
public byte[] encrypt(String data, String charset) {
return encrypt(StrUtil.bytes(data, charset));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的bytes
*/
public byte[] encrypt(String data, Charset charset) {
return encrypt(StrUtil.bytes(data, charset));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的Hex
* @since 4.5.12
*/
public String encryptHex(String data, String charset) {
return HexUtil.encodeHexStr(encrypt(data, charset));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的Hex
* @since 4.5.12
*/
public String encryptHex(String data, Charset charset) {
return HexUtil.encodeHexStr(encrypt(data, charset));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的Base64
*/
public String encryptBase64(String data, String charset) {
return Base64.encode(encrypt(data, charset));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @param charset 编码
* @return 加密后的Base64
* @since 4.5.12
*/
public String encryptBase64(String data, Charset charset) {
return Base64.encode(encrypt(data, charset));
}
/**
* 加密，使用UTF-8编码
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的bytes
*/
public byte[] encrypt(String data) {
return encrypt(StrUtil.bytes(data, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8));
}
/**
* 加密，使用UTF-8编码
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的Hex
*/
public String encryptHex(String data) {
return HexUtil.encodeHexStr(encrypt(data));
}
/**
* 加密，使用UTF-8编码
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的Base64
*/
public String encryptBase64(String data) {
return Base64.encode(encrypt(data));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的bytes
* @throws IORuntimeException IO异常
*/
public byte[] encrypt(InputStream data) throws IORuntimeException {
return encrypt(IoUtil.readBytes(data));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的Hex
*/
public String encryptHex(InputStream data) {
return HexUtil.encodeHexStr(encrypt(data));
}
/**
* 加密
*
* @param data 被加密的字符串
* @return 加密后的Base64
*/
public String encryptBase64(InputStream data) {
return Base64.encode(encrypt(data));
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Decrypt
/**
* 解密
*
* @param bytes 被解密的bytes
* @return 解密后的bytes
*/
public byte[] decrypt(byte[] bytes) {
final int blockSize;
final byte[] decryptData;
lock.lock();
try {
if (null == this.params) {
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
} else {
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, params);
}
blockSize = cipher.getBlockSize();
decryptData = cipher.doFinal(bytes);
} catch (Exception e) {
throw new CryptoException(e);
} finally {
lock.unlock();
}
return removePadding(decryptData, blockSize);
}
/**
* 解密为字符串
*
* @param bytes 被解密的bytes
* @param charset 解密后的charset
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(byte[] bytes, Charset charset) {
return StrUtil.str(decrypt(bytes), charset);
}
/**
* 解密为字符串，默认UTF-8编码
*
* @param bytes 被解密的bytes
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(byte[] bytes) {
return decryptStr(bytes, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
}
/**
* 解密Hex（16进制）或Base64表示的字符串
*
* @param data 被解密的String，必须为16进制字符串或Base64表示形式
* @return 解密后的bytes
*/
public byte[] decrypt(String data) {
return decrypt(SecureUtil.decode(data));
}
/**
* 解密Hex（16进制）或Base64表示的字符串
*
* @param data 被解密的String
* @param charset 解密后的charset
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(String data, Charset charset) {
return StrUtil.str(decrypt(data), charset);
}
/**
* 解密Hex（16进制）或Base64表示的字符串，默认UTF-8编码
*
* @param data 被解密的String
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(String data) {
return decryptStr(data, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
}
/**
* 解密，不会关闭流
*
* @param data 被解密的bytes
* @return 解密后的bytes
* @throws IORuntimeException IO异常
*/
public byte[] decrypt(InputStream data) throws IORuntimeException {
return decrypt(IoUtil.readBytes(data));
}
/**
* 解密，不会关闭流
*
* @param data 被解密的InputStream
* @param charset 解密后的charset
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(InputStream data, Charset charset) {
return StrUtil.str(decrypt(data), charset);
}
/**
* 解密
*
* @param data 被解密的InputStream
* @return 解密后的String
*/
public String decryptStr(InputStream data) {
return decryptStr(data, CharsetUtil.CHARSET_UTF_8);
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Getters
/**
* 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 cipher;
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Private method start
/**
* 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
* @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) {
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;
}
// --------------------------------------------------------------------------------- Private method end
}