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Java 图片加密解密实战：实现安全高效的文件加密工具20241022

article 2024/10/27 0:27:02

Java 图片加密解密实战：实现安全高效的文件加密工具

在现代软件开发中，文件加密是保障数据安全的重要手段之一。对于存储在磁盘中的敏感图片、文件，如何确保它们在未经授权的情况下不能被读取，成为开发人员必须面对的现实问题。今天，我将基于Java语言，介绍一个实用的图片加密和解密工具类，并展示如何通过优化现有代码，提高加密和解密的效率及安全性。

引言

Java 提供了强大的加密 API，可以让开发者方便地实现安全的加密和解密操作。特别是对于需要保护的图片或其他类型的文件，通过适当的算法和工具类，能够以较小的性能开销实现高强度的加密保护。本篇文章将基于 CipherInputStream 和 CipherOutputStream 类，详细介绍如何编写一个高效实用的图片加密解密工具，确保加密后的文件在存储和传输过程中都能得到保护。

加密和解密的核心思路

在加密和解密文件时，使用对称加密算法是常见的选择。对称加密算法中，最为常见的便是 AES（高级加密标准）。为了进一步提升安全性和实用性，我们使用 Java 提供的 AES/CBC/PKCS5Padding 模式进行加密。这个模式结合了分组密码和填充策略，可以确保文件的完整性和安全性。

1. 使用 CipherInputStream 和 CipherOutputStream

在文件加密和解密中，我们常常需要处理大块数据。如果自己处理数据的分块，很容易出现错位、数据丢失等问题。为了简化操作，并确保处理数据的完整性，我们使用 CipherInputStream 和 CipherOutputStream 来简化读写操作。它们会自动处理数据分块和填充，极大简化了开发难度。

2. 优化加密和解密的性能

为提升性能，代码中使用了较大的缓冲区（4096字节），这使得读取和写入操作可以更加高效。此外，通过生成密钥和初始向量（IV）的方式增强了加密的安全性。

代码示例

EncryptionUtil.java - 文件加密工具

package com.yufusoft.payplatform.util.mybatis.expand;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.CipherOutputStream;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.io.*;
import java.security.SecureRandom;

public class EncryptionUtil {

    // 加密文件
    public static void encryptFile(String inputFile, String encryptedFile, SecretKey key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");

        // 初始化 IV (16 字节)
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        byte[] iv = new byte[16];
        random.nextBytes(iv);
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);

        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, ivSpec);

        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(inputFile);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(encryptedFile)) {

            // 写入 IV 到文件头
            fos.write(iv);

            // 使用 CipherOutputStream
            try (CipherOutputStream cos = new CipherOutputStream(fos, cipher)) {
                byte[] buffer = new byte[4096]; // 增大缓冲区，提高效率
                int bytesRead;
                while ((bytesRead = fis.read(buffer)) != -1) {
                    cos.write(buffer, 0, bytesRead);
                }
            }
        }
        System.out.println("文件加密成功！");
    }

    // 主函数
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String password = "73af3a2fe4eb4737";

        // 使用之前的密钥生成方法
        SecretKey key = generateKeyFromPassword(password);

        System.out.println("密钥生成成功：" + Arrays.toString(key.getEncoded()));

        String inputFile = "D://data//imgs//10001-02.jpg";
        String encryptedFile = "D://data//imgs//encrypted_image-10001-02.enc";
        encryptFile(inputFile, encryptedFile, key);
    }

    // 密钥生成方法
    public static SecretKey generateKeyFromPassword(String password) throws Exception {
        byte[] salt = "固定的盐值".getBytes("UTF-8");
        int iterationCount = 65536;
        int keyLength = 128;

        PBEKeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, iterationCount, keyLength);
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA1");
        byte[] keyBytes = keyFactory.generateSecret(spec).getEncoded();
        return new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
    }
}

DecryptionUtil.java - 文件解密工具

package com.yufusoft.payplatform.util.mybatis.expand;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.CipherInputStream;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import java.io.*;
import java.util.Arrays;

public class DecryptionUtil {

    // 解密文件
    public static void decryptFile(String encryptedFile, String outputFile, SecretKey key) throws Exception {
        try (FileInputStream fis = new FileInputStream(encryptedFile);
             FileOutputStream fos = new FileOutputStream(outputFile)) {

            // 读取 IV (确保完整读取 16 字节)
            byte[] iv = new byte[16];
            int bytesRead = 0;
            while (bytesRead < 16) {
                int read = fis.read(iv, bytesRead, 16 - bytesRead);
                if (read == -1) {
                    throw new IOException("无法读取完整的 IV。");
                }
                bytesRead += read;
            }
            IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);

            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, ivSpec);

            // 使用 CipherInputStream
            try (CipherInputStream cis = new CipherInputStream(fis, cipher)) {
                byte[] buffer = new byte[4096]; // 增大缓冲区，提高效率
                int read;
                while ((read = cis.read(buffer)) != -1) {
                    fos.write(buffer, 0, read);
                }
            }
        }
        System.out.println("文件解密成功！");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String password = "73af3a2fe4eb4737";

        // 使用之前的密钥生成方法
        SecretKey key = EncryptionUtil.generateKeyFromPassword(password);

        System.out.println("密钥生成成功：" + Arrays.toString(key.getEncoded()));

        String encryptedFile = "D://data//imgs//encrypted_image-10001-02.enc";
        String decryptedFile = "D://data//imgs//decrypted_image-10001-02.jpg";
        decryptFile(encryptedFile, decryptedFile, key);
    }
}