Java中使用密码派生密钥实现AES-CBC安全加解密的完整教程

本文详解如何在java中基于用户密码安全地加密和解密字符串，采用pbkdf2密钥派生、aes-cbc模式与随机盐值/iv，并以base64编码确保密文可持久化存储与跨会话复用。

本文详解如何在java中基于用户密码安全地加密和解密字符串，采用pbkdf2密钥派生、aes-cbc模式与随机盐值/iv，并以base64编码确保密文可持久化存储与跨会话复用。

在实际开发中，直接用明文密码加密敏感数据存在严重安全隐患——原始代码使用AES/ECB/PKCS5Padding不仅缺乏初始化向量（IV），还错误地将二进制密文直接转为String（导致字节丢失与编码乱码），最终触发IllegalBlockSizeException。根本问题在于：ECB模式不安全、无IV导致无法正确解密、未分离盐值与IV致使密钥复用失败、且未对字节流做安全编码。

以下是一个生产就绪的解决方案，核心改进包括：

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• ✅ 使用更安全的 AES/CBC/PKCS5Padding 模式（替代不推荐的 ECB）；
• ✅ 为每次加密生成唯一随机盐（salt）和 IV，杜绝重放与模式分析攻击；
• ✅ 将 salt + IV + 密文拼接后统一 Base64 编码，确保密文为纯文本、可安全落库或写入文件；
• ✅ 采用 PBKDF2WithHmacSHA256（而非 SHA1）增强密钥派生强度；
• ✅ 显式指定字符集（UTF-8），避免平台默认编码差异引发解密失败。

完整可运行示例代码

package de.alexx1.birthdaynotf.helper;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.Key;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;

public class SecurityManager {
    private static final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    private static final String CHARSET = "UTF-8";
    private static final int KEY_SIZE = 128;        // AES-128（也可设为192/256）
    private static final int ITERATIONS = 65536;     // PBKDF2 迭代次数，越高越抗暴力破解
    private static final int SALT_LENGTH = 16;       // 盐长度（字节），建议 ≥16
    private static final SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
    private static final Base64.Encoder base64Encoder = Base64.getEncoder();
    private static final Base64.Decoder base64Decoder = Base64.getDecoder();

    public static String encrypt(String plainText, String password) throws Exception {
        if (plainText == null || password == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Plain text and password must not be null");
        }

        byte[] salt = generateSalt();
        SecretKey secretKey = generateSecretKey(password, salt);
        Key key = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), "AES");

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
        byte[] iv = cipher.getIV(); // CBC 模式必须获取并保存 IV
        byte[] encryptedBytes = cipher.doFinal(plainText.getBytes(CHARSET));

        // 拼接：salt (16) + iv (16) + ciphertext
        byte[] encryptedData = new byte[salt.length + iv.length + encryptedBytes.length];
        System.arraycopy(salt, 0, encryptedData, 0, salt.length);
        System.arraycopy(iv, 0, encryptedData, salt.length, iv.length);
        System.arraycopy(encryptedBytes, 0, encryptedData, salt.length + iv.length, encryptedBytes.length);

        return base64Encoder.encodeToString(encryptedData);
    }

    public static String decrypt(String encryptedBase64, String password) throws Exception {
        if (encryptedBase64 == null || password == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Encrypted data and password must not be null");
        }

        byte[] encryptedData = base64Decoder.decode(encryptedBase64);
        if (encryptedData.length < SALT_LENGTH + 16) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid encrypted data length");
        }

        byte[] salt = Arrays.copyOfRange(encryptedData, 0, SALT_LENGTH);
        byte[] iv = Arrays.copyOfRange(encryptedData, SALT_LENGTH, SALT_LENGTH + 16);
        byte[] cipherText = Arrays.copyOfRange(encryptedData, SALT_LENGTH + 16, encryptedData.length);

        SecretKey secretKey = generateSecretKey(password, salt);
        Key key = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), "AES");

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(iv));
        byte[] decryptedBytes = cipher.doFinal(cipherText);

        return new String(decryptedBytes, CHARSET);
    }

    private static SecretKey generateSecretKey(String password, byte[] salt) throws Exception {
        SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
        KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, ITERATIONS, KEY_SIZE);
        return factory.generateSecret(spec);
    }

    private static byte[] generateSalt() {
        byte[] salt = new byte[SALT_LENGTH];
        secureRandom.nextBytes(salt);
        return salt;
    }
}

使用方式（主程序示例）

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String original = "MySecretToken_2024";
        String password = "myStrongPass123!";

        String encrypted = SecurityManager.encrypt(original, password);
        System.out.println("Encrypted (Base64): " + encrypted);

        String decrypted = SecurityManager.decrypt(encrypted, password);
        System.out.println("Decrypted: " + decrypted); // 输出：MySecretToken_2024
        System.out.println("Match: " + original.equals(decrypted)); // true
    }
}

关键注意事项与最佳实践

• ? 永远不要硬编码密码或盐值：密码应由用户输入或安全凭证管理服务提供；盐值必须每次加密随机生成，不可复用。
• ? 密文结构需严格一致：本方案固定前16字节为 salt、接着16字节为 IV（AES-CBC 固定 IV 长度）、剩余为密文。解析时务必按此顺序切分。
• ⚠️ 异常处理不可省略：生产环境应捕获 GeneralSecurityException 并记录审计日志，避免泄露加密细节。
• ? 如需更高安全性：可升级为 AES/GCM/NoPadding（支持认证加密），但需额外处理认证标签（Authentication Tag）。
• ? 跨语言兼容性提示：若需与 Python/Node.js 等互通，需确保 PBKDF2 参数（算法、迭代次数、盐长、输出密钥长度）及 AES 模式完全一致。

该方案兼顾安全性、可移植性与工程可用性，已通过多轮边界测试（空字符串、Unicode、超长文本等），适用于配置项加密、本地令牌保护、轻量级凭据存储等典型场景。