基于 AES + Base64 的密码加密工具类实现与优化

102300426陈炜滨 2025-12-25 21:32:06

基于 AES + Base64 的密码加密工具类实现与优化
1. 技术概述
2. 技术详述
2.1 背景与选型原因
2.2 核心实现逻辑
密钥生成机制（关键）
2.3 加密流程图
2.4 解密流程图
2.5 使用示例
3. 技术使用中遇到的问题与解决过程
问题 1：不同 JDK/OS 下密钥不一致，导致解密失败
现象：
根本原因：
解决方案：
问题 2：Base64 字符串含 / 和 +，在 URL 中被错误解析
现象：
解决方案：
4. 总结
5. 参考文献

基于 AES + Base64 的密码加密工具类实现与优化

1. 技术概述

本文聚焦于在 Java 后端开发中，如何通过 AES 对称加密配合 Base64 编码实现敏感数据（如设备指令、配置项）的安全存储与传输。该方案适用于需要可逆加解密的场景，尤其在无法使用 bcrypt 等单向哈希算法时作为替代方案。技术难点在于密钥生成的一致性、跨平台兼容性保障以及性能开销控制。

2. 技术详述

2.1 背景与选型原因

在“规巢”宿舍管理系统开发中，用户登录密码采用 bcrypt 安全哈希存储，但部分业务（如设备控制指令）需支持解密还原原始内容。由于 bcrypt 是单向函数，无法满足需求，我们设计了通用加密工具类 PasswdUtil，基于 AES-128 对称加密 + Base64 编码实现可逆加密。

2.2 核心实现逻辑

PasswdUtil.java 提供两个核心方法：

encode(String data)：明文 → AES 加密 → Base64 编码 → 密文字符串
decode(String encryptedData)：Base64 解码 → AES 解密 → 明文字符串

密钥生成机制（关键）


private static SecretKeySpec generateKeyFromPassword() {
String password = "app@guicao"; // 固定密钥种子（生产环境应从配置读取）
byte[] keyBytes = new byte[16]; // AES-128 要求 16 字节密钥
byte[] pwdBytes = password.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
System.arraycopy(pwdBytes, 0, keyBytes, 0, Math.min(pwdBytes.length, 16));
return new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
}

直接从固定字符串派生 16 字节密钥，确保跨平台一致性。
避免使用 SecureRandom + KeyGenerator 组合，防止 JDK/OS 差异导致密钥不一致。

2.3 加密流程图

2.4 解密流程图

2.5 使用示例


// 加密
String plain = "device_cmd_123";
String encrypted = PasswdUtil.encode(plain);
System.out.println("Encrypted: " + encrypted); // e.g., U2FsdGVkX1...

// 解密
String decrypted = PasswdUtil.decode(encrypted);
System.out.println("Decrypted: " + decrypted); // 输出: device_cmd_123

3. 技术使用中遇到的问题与解决过程

问题 1：不同 JDK/OS 下密钥不一致，导致解密失败

现象：

本地 Windows + JDK 17 加密成功，但 Linux + JDK 11 服务器解密时报错：


javax.crypto.BadPaddingException: Given final block not properly padded

根本原因：

早期版本使用 SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG") 生成密钥，但该算法在不同平台底层实现不同，即使种子相同，输出也可能不一致。

解决方案：

弃用 KeyGenerator，直接从固定字符串构造密钥（见 2.2 节代码）。

问题 2：Base64 字符串含 / 和 +，在 URL 中被错误解析

现象：

将加密结果作为 URL 参数传递（如 ?token=abc+/123==），后端收到时 + 变为空格，/ 被截断。

解决方案：

使用 URL 安全的 Base64 编码器：


// encode 方法中
return Base64.getUrlEncoder().withoutPadding().encodeToString(cipherText);

// decode 方法中
byte[] decoded = Base64.getUrlDecoder().decode(encryptedData);

getUrlEncoder() 将 + 替换为 -，/ 替换为 _
withoutPadding() 移除末尾 =，避免 URL 编码问题

4. 总结

PasswdUtil 提供了一套轻量、可靠、可逆的加密方案，适用于设备指令、API 密钥等需加解密的场景。
绝对不可用于用户密码存储——密码必须使用 bcrypt/scrypt/PBKDF2 等慢哈希算法。
密钥管理是安全核心：生产环境务必通过配置中心或环境变量注入，禁止硬编码。
跨平台部署前必须验证加解密一致性，推荐直接派生密钥而非依赖随机数生成器。
若用于网络传输（尤其是 URL），必须使用 URL 安全 Base64。