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Java AES 加密解密入門實作（ECB/NoPadding 基礎版）

編輯：Java 相關知識

AES (Advanced Encryption Standard) 是目前對稱加密的工業標準。Java 提供完善的 JCA/JCE API，調用簡單但需注意模式、填充、金鑰長度等細節。本文提供最基礎的 AES-128 ECB/NoPadding 實作，作為進階模式（CBC、GCM 等）的入門基石。

核心類別：AESCipher

import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
import java.security.*;

public class AESCipher {
    private final byte[] aesKey = new byte[16]; // AES-128 = 16 bytes
    private Cipher cipher;
    private SecretKeySpec secretKey;

    public AESCipher() {
        // 示範用固定金鑰，實務請用 PBKDF2/SCrypt/Argon2 衍生
        for (int i = 0; i < 16; i++) aesKey[i] = 0x01;
    }

    public void init() throws Exception {
        secretKey = new SecretKeySpec(aesKey, "AES");
        // ECB 模式不需 IV，NoPadding 要求資料為 16 bytes 倍數
        cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/NoPadding");
    }

    public byte[] encrypt(byte[] plaintext) throws Exception {
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(plaintext);
    }

    public byte[] decrypt(byte[] ciphertext) throws Exception {
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
        return cipher.doFinal(ciphertext);
    }
}

呼叫範例

public static void main(String[] args) {
    try {
        AESCipher cipher = new AESCipher();
        cipher.init();

        // 測試資料：16 bytes (1 個區塊)
        byte[] input = new byte[16];
        for (int i = 0; i < 16; i++) input[i] = 0x01;

        System.out.println("原文: " + bytesToHex(input));

        byte[] encrypted = cipher.encrypt(input);
        System.out.println("密文: " + bytesToHex(encrypted));

        byte[] decrypted = cipher.decrypt(encrypted);
        System.out.println("解密: " + bytesToHex(decrypted));

    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

private static String bytesToHex(byte[] data) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (byte b : data) sb.append(String.format("%02X", b));
    return sb.toString();
}

模式與填充對照表（必懂觀念）

模式	需 IV	平行運算	適用場景	備註
ECB	否	是	極少（僅教學/測試）	相同明文產生相同密文，嚴重洩漏模式
CBC	是	否(加密)/是(解密)	通用加密	需隨機 IV，配合 PKCS5Padding
CTR	是	是	串流加密、隨機存取	將區塊密碼轉為串流密碼
GCM	是	是	推薦：生產環境首選	AEAD 模式，同時提供機密性+完整性驗證

常見填充方式

NoPadding：資料長度必須為區塊大小倍數（AES=16 bytes），否則拋出 IllegalBlockSizeException
PKCS5Padding (PKCS7Padding)：自動填充至倍數，解密時自動移除，最常用
ISO10126Padding：填充隨機資料，已較少用

實務生產級建議（必讀）

// 生產環境推薦：AES-256-GCM (AEAD)
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(deriveKey(password, salt), "AES");
byte[] iv = new byte[12]; // GCM 建議 96-bit IV
SecureRandom random = new SecureRandom();
random.nextBytes(iv);
GCMParameterSpec gcmSpec = new GCMParameterSpec(128, iv); // 128-bit 標籤

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, gcmSpec);
byte[] ciphertext = cipher.doFinal(plaintext);
// 輸出格式：IV (12 bytes) + ciphertext + authTag (16 bytes)