iOS常用加密算法介绍和代码实践

Posted 2020-08-04 Bravely1991

　　ios系统库中定义了软件开发中常用的加解密算法，接口为C语言形式。具体包括了以下几个大类：

1 #include <CommonCrypto/CommonCryptor.h>　　//常用加解密算法
2 #include <CommonCrypto/CommonDigest.h>　　//摘要算法
3 #include <CommonCrypto/CommonHMAC.h>
4 #include <CommonCrypto/CommonKeyDerivation.h>
5 #include <CommonCrypto/CommonSymmetricKeywrap.h>

　　其中第一类常用加解密算法就包含了AES,DES,和已经废弃的RC4,第二类摘要算法，包括如MD5,SHA等。本文主要介绍AES,MD5,SHA三种最常用算法的实现。

　　1 对称密码算法－－AES

　　AES主要应用在关键数据和文件的的保密同时又需要解密的情形，其加密密钥和解密密钥相同，根据密钥长度分为128、192和256三种级别，密钥长度越大安全性也就越大，但性能也就越低，根据实际业务的安全要求来决定就好。通常情况，对一些关键数据进行加密的对象都是字符串，加密结果也以字符串进行保存，所以在设计接口的时候参数和返回值均为字符串。（关于关键参数的意义放在代码后讲解。）

　　1.1 加密过程

 1 -(NSString *)aes256_encrypt:(NSString *)key
 2 {
 3     const char *cstr = [self cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
 4     NSData *data = [NSData dataWithBytes:cstr length:self.length];
 5     
 6     //对数据进行加密
 7     char keyPtr[kCCKeySizeAES256+1];
 8     bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr));
 9     [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
10     NSUInteger dataLength = [data length];
11     size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
12     void *buffer = malloc(bufferSize);
13     size_t numBytesEncrypted = 0;
14     CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES,
15                                           kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,
16                                           keyPtr, kCCKeySizeAES256,
17                                           NULL,
18                                           [data bytes], dataLength,
19                                           buffer, bufferSize,
20                                           &numBytesEncrypted);
21     if (cryptStatus == kCCSuccess)
22     {
23         NSData *result = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesEncrypted];
24         //base64
25         return [result base64EncodedStringWithOptions:NSDataBase64Encoding64CharacterLineLength];
26     }else
27     {
28         return nil;
29     }
30     
31 }

　　1.2 解密过程

 1 -(NSString *)aes256_decrypt:(NSString *)key
 2 {
 3     NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedData:[self dataUsingEncoding:NSASCIIStringEncoding] options:NSDataBase64DecodingIgnoreUnknownCharacters];
 4     
 5     //对数据进行解密
 6     char keyPtr[kCCKeySizeAES256+1];
 7     bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr));
 8     [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
 9     NSUInteger dataLength = [data length];
10     size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
11     void *buffer = malloc(bufferSize);
12     size_t numBytesDecrypted = 0;
13     CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt, kCCAlgorithmAES,
14                                           kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,
15                                           keyPtr, kCCKeySizeAES256,
16                                           NULL,
17                                           [data bytes], dataLength,
18                                           buffer, bufferSize,
19                                           &numBytesDecrypted);
20     if (cryptStatus == kCCSuccess)
21     {
22         NSData* result = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesDecrypted];
23         
24         return [[NSString alloc] initWithData:result encoding:NSUTF8StringEncoding];
25         
26     }else
27     {
28         return nil;
29     }
30     
31 }

　　1.3 接口调用示例

 1 int main(int argc, const char * argv[]) {
 2     @autoreleasepool
 3     {
 4         
 5         NSString *plainText = @"O57W05XN-EQ2HCD3V-LPJJ4H0N-ZFO2WHRR-9HAVXR2J-YTYXDQPK-SJXZXALI-FAIHJV";
 6         NSString *key = @"12345678901234561234567890123456";
 7         
 8         NSString *cryptText = [plainText aes256_encrypt:key];
 9         NSLog(@"cryptText:\n%@",cryptText);
10         
11         NSString *newPlainText = [cryptText aes256_decrypt:key];
12         NSLog(@"newPlainText:%@",newPlainText);
13         
14         NSString *newCrypText3 = @"u7cKED8fscZ6Czs5eU7eMXnm6/5awKzWbUFk+D1jQdZIm5JUnKgqNzI/vmiwFPvY5qD5VIfH7qAJzjDSZXNkspG/b4if5bSkdfFp/3Aysbw=";
15         NSString *newPlainText3 = [newCrypText3 aes256_decrypt:key];
16         NSLog(@"newPlainText3:%@",newPlainText3);
17 
18     }
19     return 0;
20 }

　　1.4 关键参数的意义

　　要熟练掌握AES算法的使用，必须要了解其几种工作模式、初始化向量、填充模式等概念，通常情况还需要多平台保持一致的加解密结果，使用时务必多做确认。（可以使用在线网站加解密进行自我验证。）

　　kCCKeySizeAES256

　　密钥长度，枚举类型，还有128，192两种。

　　kCCBlockSizeAES128

　　块长度，固定值 16（字节，128位），由AES算法内部加密细节决定，不过哪种方式、模式，均为此。

　　kCCAlgorithmAES　　

　　算法名称，不区分是128、192还是258。kCCAlgorithmAES128只是历史原因，与kCCAlgorithmAES值相同。

　　kCCOptionPKCS7Padding

　　填充模式，AES算法内部加密细节决定AES的明文必须为64位的整数倍，如果位数不足，则需要补齐。kCCOptionPKCS7Padding表示，缺几位就补几个几。比如缺少3位，则在明文后补3个3。iOS种只有这一种补齐方式，其它平台方式更多，如kCCOptionPKCS5Padding，kCCOptionZeroPadding。如果要实现一致性，则此处其它平台也要使用kCCOptionPKCS7Padding。

　　kCCOptionECBMode

　　工作模式，电子密码本模式。此模式不需要初始化向量。iOS种只有两种方式，默认是CBC模式，即块加密模式。标准的AES除此外还有其它如CTR,CFB等方式。kCCOptionECBMode模式下多平台的要求不高，推荐使用。CBC模式，要求提供相同的初始化向量，多个平台都要保持一致，工作量加大，安全性更高，适合更高要求的场景使用。

　　base64

　　一种unicode到asci码的映射，由于明文和密文标准加密前后都可能是汉字或者特殊字符，故为了直观的显示，通常会对明文和密文进行base64编码。

　　2 摘要算法

　　摘要算法，具有单向不可逆的基本性质，速度快。

　　2.1 消息摘要算法MD5

　　MD5算法将任意明文（不为空）映射位32位字符串。数字签名和复杂的加密系统中都有使用，单独使用由于撞库原因安全性较低。

 1 - (NSString *)md5HexDigest
 2 {
 3     const char *cstr = [self cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
 4     
 5     unsigned char result[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
 6     
 7     CC_MD5(cstr, (unsigned int)strlen(cstr), result);
 8     
 9     NSMutableString *output = [NSMutableString stringWithCapacity:CC_MD5_DIGEST_LENGTH * 2];
10     
11     for(int i = 0; i < CC_MD5_DIGEST_LENGTH; i++)
12         [output appendFormat:@"%02x", result[i]];
13     
14     return output;
15 
16 }

　　这里将结果以16进制字符串形式保存，也可以进行base64等其它处理。

　　2.2 安全散列算法SHA

　　SHA按结果的位数分为256、484、512三种基本方式，根据对结果的要求而选择即可。通过CC_SHA256_DIGEST_LENGTH等枚举类型进行设置。

 1 - (NSString *)sha256HexDigest
 2 {
 3     const char *cstr = [self cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
 4     NSData *data = [NSData dataWithBytes:cstr length:self.length];
 5     
 6     uint8_t digest[CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];
 7     
 8     CC_SHA256(data.bytes, (unsigned int)data.length, digest);
 9     
10     NSMutableString* output = [NSMutableString stringWithCapacity:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH * 2];
11     
12     for(int i = 0; i < CC_SHA256_DIGEST_LENGTH; i++)
13         [output appendFormat:@"%02x", digest[i]];
14     
15     return output;
16 }

　　3 未完待续，后期介绍RSA非对称密码的使用。相关代码也将同步到Github欢迎交流。