计数模式（CTR模式）加密是对一系列输入数据块(称为计数)进行加密，产生一系列的输出块，输出块与明文异或得到密文。对于最后的数据块，可能是长u位的局部数据块，这u位就将用于异或操作，而剩下的b-u位将被丢弃（b表示块的长度）。CTR解密类似。这一系列的计数必须互不相同的。假定计数表示为T1, T2, …, Tn。CTR模式可定义如下：
CTR加密公式如下：
Cj = Pj XOR Ek(Tj)
C*n = P*n XOR MSBu(Ek(Tn)) j = 1，2… n-1;
CTR解密公式如下：
Pj = Cj XOR Ek(Tj)
P*n = C*n XOR MSBu(Ek(Tn)) j = 1，2 … n-1;
AES CTR模式的结构如图5所示。
图5 AES CTR的模式结构
Fig 5 Structure of AES CTR Mode
加密方式：密码算法产生一个16 字节的伪随机码块流，伪随机码块与输入的明文进行异或运算后产生密文输出。密文与同样的伪随机码进行异或运算后可以重产生明文。
CTR 模式被广泛用于 ATM 网络安全和 IPSec应用中，相对于其它模式而言，CRT模式具有如下特点：
■硬件效率：允许同时处理多块明文 / 密文。
■ 软件效率：允许并行计算，可以很好地利用 CPU 流水等并行技术。
■ 预处理：算法和加密盒的输出不依靠明文和密文的输入，因此如果有足够的保证安全的存储器，加密算法将仅仅是一系列异或运算，这将极大地提高吞吐量。
■ 随机访问：第 i 块密文的解密不依赖于第 i-1 块密文，提供很高的随机访问能力
■ 可证明的安全性：能够证明 CTR 至少和其他模式一样安全（CBC, CFB, OFB, ...）
■ 简单性：与其它模式不同，CTR模式仅要求实现加密算法，但不要求实现解密算法。对于 AES 等加/解密本质上不同的算法来说，这种简化是巨大的。
■ 无填充，可以高效地作为流式加密使用。
2.4 常用的填充方式在Java进行DES、3DES和AES三种对称加密算法时，常采用的是NoPadding（不填充）、Zeros填充（0填充）、PKCS5Padding填充。
2.4.1 ZerosPadding全部填充为0的字节，结果如下：
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 //第一块
F9 00 00 00 00 00 00 00 //第二块
2.4.2 PKCS5Padding每个填充的字节都记录了填充的总字节数，结果如下：
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 //第一块
F9 07 07 07 07 07 07 07 //第二块
2.5 Java中的DES实现DES加密算法（ECB、无填充）的Java实现如下所示：
package amigo.endecrypt; import java.security.InvalidKeyException; import java.security.Key; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.SecureRandom; import java.security.spec.InvalidKeySpecException; import javax.crypto.Cipher; import javax.crypto.SecretKey; import javax.crypto.SecretKeyFactory; import javax.crypto.spec.DESKeySpec; import org.apache.commons.codec.binary.Base64; public class DESUtil { //算法名称 public static final String KEY_ALGORITHM = "DES"; //算法名称/加密模式/填充方式 //DES共有四种工作模式-->>ECB：电子密码本模式、CBC：加密分组链接模式、CFB：加密反馈模式、OFB：输出反馈模式 public static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/NoPadding"; /** * * 生成密钥key对象 * @param KeyStr 密钥字符串 * @return 密钥对象 * @throws InvalidKeyException * @throws NoSuchAlgorithmException * @throws InvalidKeySpecException * @throws Exception */ private static SecretKey keyGenerator(String keyStr) throws Exception { byte input[] = HexString2Bytes(keyStr); DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(input); //创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成 SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey); return securekey; } private static int parse(char c) { if (c >= 'a') return (c - 'a' + 10) & 0x0f; if (c >= 'A') return (c - 'A' + 10) & 0x0f; return (c - '0') & 0x0f; } // 从十六进制字符串到字节数组转换 public static byte[] HexString2Bytes(String hexstr) { byte[] b = new byte[hexstr.length() / 2]; int j = 0; for (int i = 0; i < b.length; i++) { char c0 = hexstr.charAt(j++); char c1 = hexstr.charAt(j++); b[i] = (byte) ((parse(c0) << 4) | parse(c1)); } return b; } /** * 加密数据 * @param data 待加密数据 * @param key 密钥 * @return 加密后的数据 */ public static String encrypt(String data, String key) throws Exception { Key deskey = keyGenerator(key); // 实例化Cipher对象，它用于完成实际的加密操作 Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); SecureRandom random = new SecureRandom(); // 初始化Cipher对象，设置为加密模式 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, deskey, random); byte[] results = cipher.doFinal(data.getBytes()); // 该部分是为了与加解密在线测试网站（）的十六进制结果进行核对 for (int i = 0; i < results.length; i++) { System.out.print(results[i] + " "); } System.out.println(); // 执行加密操作。加密后的结果通常都会用Base64编码进行传输 return Base64.encodeBase64String(results); } /** * 解密数据 * @param data 待解密数据 * @param key 密钥 * @return 解密后的数据 */ public static String decrypt(String data, String key) throws Exception { Key deskey = keyGenerator(key); Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); //初始化Cipher对象，设置为解密模式 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, deskey); // 执行解密操作 return new String(cipher.doFinal(Base64.decodeBase64(data))); } public static void main(String[] args) throws Exception { String source = "amigoxie"; System.out.println("原文: " + source); String key = "A1B2C3D4E5F60708"; String encryptData = encrypt(source, key); System.out.println("加密后: " + encryptData); String decryptData = decrypt(encryptData, key); System.out.println("解密后: " + decryptData); } }
测试结果： 原文: amigoxie 97 -15 32 -117 -57 -42 -90 75 加密后: YfEgi8fWpks= 解密后: amigoxie
为了核对测试结果是否正确，需要将结果与 “加密解密在线测试网站”（）进行核对，在该网站的测试结果如下：