java - Cipher.getInstance() 和 Cipher.getInit() 用于 AES 加密的随机 IV 情况下的每条消息

Question

在多线程 Java 应用程序中，我们使用 AES-256 对磁盘文件进行加密和解密。请注意，多个线程可以同时调用不同文件的加密和解密方法。

加密:

Cipher encrypter = Cipher.getInstance(algorithm, new BouncyCastleProvider());
IvParameterSpec ivSpec = getIvParamSpec(encrypter.getBlockSize());
encrypter.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, ivSpec);
//..encrypt the data

解密:

Cipher decrypter = Cipher.getInstance(algorithm, new BouncyCastleProvider());
IvParameterSpec ivSpec = readIvParamSpec(decrypter.getBlockSize(), is);
decrypter.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, ivSpec);
//.. decrypt the data

根据我们的理解，最好使用随机 IV 进行加密，而不是使用静态/固定 IV。为此，我们使用 SecureRandom API 生成 IV。随机 IV 在开始时保存在加密文件中。

SecureRandom random = new SecureRandom();
byte[] iv = new byte[ivSizeBytes];
random.nextBytes(iv);
new IvParameterSpec(iv);

我的问题是，由于我对每次加密都使用随机 IV，我是否需要为所有调用调用 Cipher.getInstance() 和 Cipher.Init()？为了提高性能，是否可以在类初始化期间仅调用一次，然后重用各个密码实例来加密和解密数据？

提前致谢!

Answer 1

My question is, since I am using random IV for each encryption, do I need to call Cipher.getInstance() and Cipher.Init() for all the calls?

只要不在线程之间共享 Cipher 实例，就可以重用它们。正如 Artjom 提到的，Cipher 实例是有状态的。它们既存储 IV，也存储最后的密文(用作 CBC 模式加密的下一个 vector )和可能的一些缓冲明文。将该状态与来自不同线程的输入混合在一起会导致困惑。

由于每个文件加密都需要一个新的随机数，因此您需要在调用 doFinal 方法后再次调用 init。 Init 没有那么重量级；可能需要一点性能的一件事是 AES 的子 key 派生，但通常这不是什么大问题。

请注意，虽然执行加密和解密可能是相对重量级的操作，但实例本身包含的状态很少，getInstance() 和 init 是相对轻量级的操作.因此，创建更多的 Cipher 实例(可能使用相同的 key )对多线程来说没问题。

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多次重新创建 BouncyCaSTLeProvider 是一个非常糟糕的主意，即使它可能在底层使用了某种单例。但基本上您不需要仅 Java Bouncy CaSTLe 实现。 Oracle 可能会使用 AES-NI 内在函数，这些函数将直接在兼容处理器上使用 AES-NI 指令集。这将围绕 Bouncy CaSTLe 运行 - 预计加速大约 7 到 13 倍(!)。