java aes gcm加密模式原理

Java AES GCM加密模式原理
一、引言
在数字信息安全领域，加密技术是一项非常重要的技术，它能够保护
数据的隐私性和完整性。

而在加密技术中，AES（Advanced Encryption Standard）是一种广泛使用的对称加密算法，它使用相同的密钥进行加密和解密，保证了数据的保密性。

而GCM
（Galois/Counter Mode）是一种在AES加密算法基础上增加消息完整性校验的加密模式，它提供了加密和认证功能，同时保护数据不被
篡改。

本文将介绍Java语言中AES GCM加密模式的原理及实现方式。

二、AES加密算法简介
1. AES算法概述
AES是一种对称加密算法，它使用相同的密钥进行加密和解密。

AES
算法支持128位、192位和256位的密钥长度，分别对应AES-128、AES-192和AES-256。

在加密过程中，明文通过密钥和AES算法产
生密文，而在解密过程中，密文通过密钥和AES算法产生明文。

2. AES加密算法流程
（1）密钥扩展：AES算法会将输入的密钥扩展成多个轮密钥，以便对每一轮进行子密钥的应用。

（2）初始轮密钥加：将初始轮密钥与明文进行异或运算。

（3）多轮次的轮函数应用：将初始轮密钥与明文进行多轮次的轮函数
应用，每次应用都包括字节替换、行移位、列混淆和轮密钥加。

（4）最终轮函数应用：在最后一轮进行轮函数应用，但不包括列混淆。

（5）密文输出：得到加密后的密文。

三、GCM加密模式简介
1. GCM加密模式概述
GCM是一种在AES加密算法基础上增加消息完整性校验的加密模式，它提供了加密和认证功能，同时保护数据不被篡改。

GCM加密模式使用一个128位的初始化向量（IV）和一个128位的认证密钥，其中IV 用于加密过程，认证密钥用于认证标签（Tag）的生成。

GCM加密模式不需要进行填充操作，因此更适合对块大小固定的数据进行加密。

2. GCM加密模式流程
（1）初始处理：GCM加密模式将IV、认证密钥和明文块作为输入，并进行初始处理，得到初始计数器值。

（2）加密处理：GCM使用CTR（Counter）模式进行加密操作，加
密过程产生密文。

（3）认证标签生成：GCM使用GMAC（Galois Message Authentication Code）算法生成认证标签，确保数据的完整性。

（4）密文输出：得到加密后的密文和认证标签。

四、Java中AES GCM加密模式的实现
在Java中，可以使用javax.crypto包提供的API来实现AES GCM加
密模式。

1. 创建AES GCM加密实例
```java
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
public class AESGCMEncryption {
public static byte[] encrypt(String plaintext, byte[] key, byte[] iv) throws Exception {
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
Cipher cipher =
Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
GCMParameterSpec gcmParameterSpec = new GCMParameterSpec(128, iv);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, gcmParameterSpec);
byte[] ciphertext = cipher.doFinal(plaintext.getBytes());
return ciphertext;
}
}
```
2. 调用AES GCM加密实例进行加密操作
```java
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String plaintext = "Hello, World!";
byte[] key = {/* 16 bytes key */};
byte[] iv = {/* 12 bytes iv */};
byte[] ciphertext = AESGCMEncryption.encrypt(plaintext, key, iv);
System.out.println("Ciphertext: " + new String(ciphertext)); }
}
```
以上代码示例中，我们创建了一个AES GCM加密实例，并使用给定的密钥和初始化向量对明文进行加密操作，得到加密后的密文。

Java 中的Cipher类和GCMParameterSpec类提供了便捷的加密和解密操作，使得开发者可以轻松地实现AES GCM加密模式。

五、总结
本文介绍了Java中AES GCM加密模式的原理及实现方式。

通过对
AES加密算法和GCM加密模式的概述，我们了解了它们的原理和流程。

通过代码示例，我们展示了如何在Java中使用javax.crypto包提供的API来实现AES GCM加密模式。

希望本文能够帮助读者更好地理解AES GCM加密模式，并且在实际开发中应用到相关的加密技术中。