数据加密 — AES-GCM 模式

AES-GCM 模式

推荐用于用户敏感数据加密（如手机号、收货地址）

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.SecureRandom;
 
public class AesGcmEncryption {
    private static final int GCM_IV_LENGTH = 12;  // 推荐12字节
    private static final int GCM_TAG_LENGTH = 128;  // 认证标签长度
    
    // 加密
    public byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
        byte[] iv = new byte[GCM_IV_LENGTH];
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        random.nextBytes(iv);
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        GCMParameterSpec spec = new GCMParameterSpec(GCM_TAG_LENGTH, iv);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "AES"), spec);
        
        byte[] encrypted = cipher.doFinal(data);
        
        // IV + 密文
        byte[] result = new byte[iv.length + encrypted.length];
        System.arraycopy(iv, 0, result, 0, iv.length);
        System.arraycopy(encrypted, 0, result, iv.length, encrypted.length);
        return result;
    }
    
    // 解密
    public byte[] decrypt(byte[] encryptedData, byte[] key) throws Exception {
        byte[] iv = new byte[GCM_IV_LENGTH];
        byte[] ciphertext = new byte[encryptedData.length - GCM_IV_LENGTH];
        System.arraycopy(encryptedData, 0, iv, 0, GCM_IV_LENGTH);
        System.arraycopy(encryptedData, GCM_IV_LENGTH, ciphertext, 0, ciphertext.length);
        
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        GCMParameterSpec spec = new GCMParameterSpec(GCM_TAG_LENGTH, iv);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "AES"), spec);
        
        return cipher.doFinal(ciphertext);
    }
}

AES-GCM 优势

特性	说明
加密+认证	自带消息认证码（MAC），防止篡改
安全性高	防止填充Oracle攻击，比CBC模式更安全
效率高	并行加密，性能优于其他模式

IV（初始化向量）要点

• 唯一性：每个加密操作必须使用唯一IV
• 随机性：使用SecureRandom生成
• 存储：IV与密文一起存储（不需要保密）
• 长度：推荐12字节（96位），兼顾安全性和性能

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国密算法支持（SM4）

国内合规要求时使用

import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.Security;
 
public class SM4Encryption {
    static {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }
    
    public byte[] encryptSM4Gcm(byte[] data, byte[] key, byte[] iv) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("SM4/GCM/NoPadding", "BC");
        GCMParameterSpec spec = new GCMParameterSpec(128, iv);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "SM4"), spec);
        return cipher.doFinal(data);
    }
}

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对称加密 vs 非对称加密

概念	说明
对称加密	加密解密使用相同密钥（AES、SM4）
非对称加密	加密解密使用不同密钥（RSA）

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面试要点

常见面试问题

Q：为什么推荐AES-GCM而不是CBC？

A：GCM模式自带认证功能，能检测数据是否被篡改，且避免了CBC模式的填充Oracle攻击风险。

参考链接

• 密钥管理策略 — 密钥分层、轮换与 KMS 管理
• 数据加密与密钥管理 — 加密与密钥管理知识地图（MOC）
• 瑞幸后端-Q4-用户数据加密存储与密钥管理