java ctr_分组密码_计数器(CTR)模式_原理及java实现

CTR（Counter）模式是一种对称加密模式，它将块密码（如AES）转化为流密码。CTR 模式的基本思想是，将计数器和密钥作为输入，通过加密算法产生伪随机流，然后将明文和伪随机流异或得到密文。

CTR 模式的加密过程如下：

1. 将计数器初始化为一个随机数或者 0，计数器的初始值和密钥共同组成一个输入。

2. 加密算法对输入进行加密，得到伪随机流。

3. 将明文和伪随机流进行异或运算，得到密文。

4. 将计数器加 1，重复步骤 2 和 3，直到所有明文块都被加密。

CTR 模式的解密过程与加密过程类似，只需要将密文和伪随机流进行异或运算即可还原明文。

下面是使用 Java 实现 CTR 模式的加密和解密：

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class CtrMode {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String plaintext = "Hello, world!";
        String key = "0123456789abcdef";
        String iv = "fedcba9876543210";

        byte[] ciphertext = ctrEncrypt(plaintext, key, iv);
        System.out.println("Ciphertext: " + bytesToHex(ciphertext));

        String decrypted = ctrDecrypt(ciphertext, key, iv);
        System.out.println("Decrypted: " + decrypted);
    }

    public static byte[] ctrEncrypt(String plaintext, String key, String iv) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(hexToBytes(key), "AES");
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(hexToBytes(iv));
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CTR/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        return cipher.doFinal(plaintext.getBytes());
    }

    public static String ctrDecrypt(byte[] ciphertext, String key, String iv) throws Exception {
        SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(hexToBytes(key), "AES");
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(hexToBytes(iv));
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CTR/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);
        byte[] plaintext = cipher.doFinal(ciphertext);
        return new String(plaintext);
    }

    public static byte[] hexToBytes(String hex) {
        int len = hex.length();
        byte[] bytes = new byte[len / 2];
        for (int i = 0; i < len; i += 2) {
            bytes[i / 2] = (byte) ((Character.digit(hex.charAt(i), 16) << 4)
                    + Character.digit(hex.charAt(i+1), 16));
        }
        return bytes;
    }

    public static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        char[] hexArray = "0123456789abcdef".toCharArray();
        char[] hexChars = new char[bytes.length * 2];
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            int v = bytes[i] & 0xff;
            hexChars[i * 2] = hexArray[v >>> 4];
            hexChars[i * 2 + 1] = hexArray[v & 0x0f];
        }
        return new String(hexChars);
    }
}

这段代码使用 AES 算法和 CTR 模式对字符串进行加密和解密。注意，计数器的初始值和密钥都需要是 16 字节的十六进制字符串。