1、对称加密介绍
对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密,常用的算法包括:
- DES(Data Encryption Standard):数据加密标准,速度较快,适用于加密大量数据的场合
- 3DES(Triple DES):是基于
DES
,对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密,强度更高 - AES(Advanced Encryption Standard):高级加密标准,是下一代的加密算法标准,速度快,安全级别高
- CBC 分组加密的四种模式之一
ECB
、CBC
、CFB
、OFB
对称加密又分为分组加密和序列密码
-
分组密码,也叫块加密
block cyphers
,一次加密明文中的一个块。是将明文按一定的位长分组,明文组经过加密运算得到密文组,密文组经过解密运算(加密运算的逆运算),还原成明文组 -
序列密码,也叫流加密
stream cyphers
,一次加密明文中的一个位。是指利用少量的密钥(制乱元素)通过某种复杂的运算(密码算法)产生大量的伪随机位流,用于对明文位流的加密
对称加密的特点
-
加密过程每一步都是可逆的
-
加密和解密用的是同一组密钥
2、DES
2.1 概述
DES(Data Encryption Standard
)数据加密标准,是目前最为流行的加密算法之一
DES是一种使用密钥加密的块算法,1977
年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准FIPS
,并授权在非密级政府通信中使用,随后该算法在国际上广泛流传开来
AES与3DES的比较
算法名称 | 算法类型 | 密钥长度 | 速度 | 解密时间(建设机器每秒尝试255个密钥) | 资源消耗 |
---|---|---|---|---|---|
AES | 对称block密码 | 128、192、256位 | 高 | 1490000亿年 | 低 |
3DES | 对称feistel密码 | 112位或168位 | 低 | 46亿年 | 中 |
破解历史
历史上有三次对DES
有影响的攻击实验。1997
年,利用当时各国 7
万台计算机,历时96
天破解了DES
的密钥。1998
年,电子边境基金会(EFF)用25
万美元制造的专用计算机,用56
小时破解了DES
的密钥。1999年,EFF
用22
小时15
分完成了破解工作
2.2 主要思路
对原始数据(明文)进行分组,每组64
位bit
,最后一组不足64
位时按一定规则填充,每一组上单独施加DES
算法
2.3 DES子密钥生成
- 第一步
初始密钥64
位,实际有效位56
位,每隔7
位有一个校验位
根据初始密钥生成16
个48
位的字密钥
密钥置换(打散),64——>56
例如,第57
位放在第1
个位置,第49
位放在第2
个位置,将顺序打乱并去除了校验位
- 第二步
左旋右旋,再次置换56——>48
2.4 DES加密过程
明文——>初始置换——>L0(32
位)、R0(32
位)
S
盒替换的逻辑
输入48
位,输出32
位,各分为8
组,输入每组6
位,输出每组4
位
分别在每组上施加S
盒替换,一共8
个S
盒
合并
L16(32
位)、R16(32
位)——>合并——>最终置换——>密文(64
位)
2.5 使用示例
/DesEncrypt DES加密
//密钥必须是64位,所以key必须是长度为8的byte数组
func DesEncrypt(text string, key []byte) (string, error) {
if len(key) != 8 {
return "", fmt.Errorf("DES加密算法要求key必须是64位bit")
}
block, err := des.NewCipher(key) //用des创建一个加密器cipher
if err != nil {
return "", err
}
src := []byte(text)
blockSize := block.BlockSize() //分组的大小,blockSize=8
src = common.ZeroPadding(src, blockSize) //填充成64位整倍数
out := make([]byte, len(src)) //密文和明文的长度一致
dst := out
for len(src) > 0 {
//分组加密
block.Encrypt(dst, src[:blockSize]) //对src进行加密,加密结果放到dst里
//移到下一组
src = src[blockSize:]
dst = dst[blockSize:]
}
return hex.EncodeToString(out), nil
}
//DesDecrypt DES解密
//密钥必须是64位,所以key必须是长度为8的byte数组
func DesDecrypt(text string, key []byte) (string, error) {
src, err := hex.DecodeString(text) //转成[]byte
if err != nil {
return "", err
}
block, err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
return "", err
}
blockSize := block.BlockSize()
out := make([]byte, len(src))
dst := out
for len(src) > 0 {
//分组解密
block.Decrypt(dst, src[:blockSize])
src = src[blockSize:]
dst = dst[blockSize:]
}
out = common.ZeroUnPadding(out) //反填充
return string(out), nil
}
2.6 分组模式
- CBC(Cipher Block Chaining)密文分组链接模式,将当前明文分组与前一个密文分组进行异或运算,然后再进行加密
- 其他分组模式还有ECB、CTR、CFR、OFB
分组模式使用示例
func DesEncryptCBC(text string, key []byte) (string, error) {
src := []byte(text)
block, err := des.NewCipher(key) //用des创建一个加密器cipher
if err != nil {
return "", err
}
blockSize := block.BlockSize() //分组的大小,blockSize=8
src = common.ZeroPadding(src, blockSize) //填充
out := make([]byte, len(src)) //密文和明文的长度一致
encrypter := cipher.NewCBCEncrypter(block, key) //CBC分组模式加密
encrypter.CryptBlocks(out, src)
return hex.EncodeToString(out), nil
}
func DesDecryptCBC(text string, key []byte) (string, error) {
src, err := hex.DecodeString(text) //转成[]byte
if err != nil {
return "", err
}
block, err := des.NewCipher(key)
if err != nil {
return "", err
}
out := make([]byte, len(src)) //密文和明文的长度一致
encrypter := cipher.NewCBCDecrypter(block, key) //CBC分组模式解密
encrypter.CryptBlocks(out, src)
out = common.ZeroUnPadding(out) //反填充
return string(out), nil
}
3、AES
AES(Advanced Encryption Standard
)高级加密标准,旨在取代DES
2000
年10
月,NIST
(美国国家标准和技术协会)宣布通过从15
种侯选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael
被选中成为将来的AES
。 Rijndael
是在1999
年下半年,由研究员Joan Daemen
和Vincent Rijmen
创建的。AES
正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准
并于2002
年5
月26
日制定了新的高级加密标准AES
规范
算法原理
AES
算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排,置换是将一个数据单元替换为另一个。AES
使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。
AES
是一个迭代的、对称密钥分组的密码,它可以使用128
、192
和256
位密钥,并且用128
位(16
字节)分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同,对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构,在该循环中重复置换和替换输入数据
综上看来AES
安全度最高, 基本现状就是AES
已经替代DES
成为新一代对称加密的标准
AES
使用示例
package main
import (
"crypto/aes"
"crypto/cipher"
"fmt"
)
var commonIV = []byte{0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f}
func encrypt(plainText string, keyText string) (cipherByte []byte, err error) {
// 转换成字节数据, 方便加密
plainByte := []byte(plainText)
keyByte := []byte(keyText)
// 创建加密算法aes
c, err := aes.NewCipher(keyByte)
if err != nil {
return nil, err
}
//加密字符串
cfb := cipher.NewCFBEncrypter(c, commonIV)
cipherByte = make([]byte, len(plainByte))
cfb.XORKeyStream(cipherByte, plainByte)
return
}
func decrypt(cipherByte []byte, keyText string) (plainText string, err error) {
// 转换成字节数据, 方便加密
keyByte := []byte(keyText)
// 创建加密算法aes
c, err := aes.NewCipher(keyByte)
if err != nil {
return "", err
}
// 解密字符串
cfbdec := cipher.NewCFBDecrypter(c, commonIV)
plainByte := make([]byte, len(cipherByte))
cfbdec.XORKeyStream(plainByte, cipherByte)
plainText = string(plainByte)
return
}
func main() {
plain := "The text need to be encrypt."
// AES 规定有3种长度的key: 16, 24, 32分别对应AES-128, AES-192, or AES-256
key := "abcdefgehjhijkmlkjjwwoew"
// 加密
cipherByte, err := encrypt(plain, key)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
fmt.Printf("%s ==> %x\n", plain, cipherByte)
// 解密
plainText, err := decrypt(cipherByte, key)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
fmt.Printf("%x ==> %s\n", cipherByte, plainText)
}
4、CBC
分组密码,也叫块加密block cyphers
,一次加密明文中的一个块。是将明文按一定的位长分组,明文组经过加密运算得到密文组,密文组经过解密运算(加密运算的逆运算),还原成明文组。
序列密码,也叫流加密stream cyphers
,一次加密明文中的一个位。是指利用少量的密钥(制乱元素)通过某种复杂的运算(密码算法)产生大量的伪随机位流,用于对明文位流的加密。
解密是指用同样的密钥和密码算法及与加密相同的伪随机位流,用以还原明文位流
分组加密算法中,有ECB
,CBC
,CFB
,OFB
这几种算法模式, 我们介绍其中常用的一种CBC
CBC
(Cipher Block Chaining
)密文分组链接方式
加密步骤如下:
- 首先将数据按照8个字节一组进行分组得到
D1D2......Dn
(若数据不是8的整数倍,用指定的PADDING
数据补位) - 第一组数据
D1
与初始化向量I异或后的结果进行DES
加密得到第一组密文C1
(初始化向量I为全零) - 第二组数据
D2
与第一组的加密结果C1
异或以后的结果进行DES
加密,得到第二组密文C2
- 之后的数据以此类推,得到
Cn
- 按顺序连为
C1C2C3......Cn
即为加密结果
// aesCBCEncrypt aes加密,填充秘钥key的16位,24,32分别对应AES-128, AES-192, or AES-256.
func aesCBCEncrypt(rawData, key []byte) ([]byte, error) {
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
return nil, err
}
//填充原文
blockSize := block.BlockSize()
rawData = pkcs7Padding(rawData, blockSize)
//初始向量IV必须是唯一,但不需要保密
cipherText := make([]byte, blockSize+len(rawData))
//block大小 16
iv := cipherText[:blockSize]
if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
return nil, err
}
//block大小和初始向量大小一定要一致
mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
mode.CryptBlocks(cipherText[blockSize:], rawData)
return cipherText, nil
}
解密是加密的逆过程,步骤如下:
- 首先将数据按照
8
个字节一组进行分组得到C1C2C3......Cn
- 将第一组数据进行解密后与初始化向量
I
进行异或得到第一组明文D1
(注意:一定是先解密再异或) - 将第二组数据
C2
进行解密后与第一组密文数据进行异或得到第二组数据D2
- 之后依此类推,得到
Dn
- 按顺序连为
D1D2D3......Dn
即为解密结果
func aesCBCDecrypt(encryptData, key []byte) ([]byte, error) {
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
return nil, err
}
blockSize := block.BlockSize()
if len(encryptData) < blockSize {
return nil, errors.New("ciphertext too short")
}
iv := encryptData[:blockSize]
encryptData = encryptData[blockSize:]
// CBC mode always works in whole blocks.
if len(encryptData)%blockSize != 0 {
return nil, errors.New("ciphertext is not a multiple of the block size")
}
mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
// CryptBlocks can work in-place if the two arguments are the same.
mode.CryptBlocks(encryptData, encryptData)
//解填充
encryptData = pkcs7UnPadding(encryptData)
return encryptData, nil
}
这里要注意的是,解密的结果并不一定是我们原来的加密数据,可能还含有补位,一定要把补位去掉才是原来的数据
特点:
- 不容易主动攻击,安全性好于
ECB
,适合传输长度长的报文,是SSL
、IPSec
的标准。每个密文块依赖于所有的信息块, 明文消息中一个改变会影响所有密文块 - 发送方和接收方都需要知道初始化向量
- 加密过程是串行的,无法被并行化(在解密时,从两个邻接的密文块中即可得到一个平文块。因此,解密过程可以被并行化)
See you ~