1、对称加密算法

Posted 2023-04-20

参考技术A 指加密和解密使用相同密钥的加密算法。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RC4、DES、3DES、AES、DESX、Blowfish、ChaCha20、RC5、RC6。前3种算法被认为是不安全的，通常禁止使用。

国内:SM1、SM4、ZUC

国际:DES、3DES、AES

说明:SM1的128位保密强度和性能与AES相当,SM4的128位已升级为国际标准

块密码算法:DES、3DES、AES

流密码算法:RC4

SM1：对称加密算法，加密强度为128位，采用硬件实现； 算法不公开 ，只能通过相关安全产品进行使用。

SM4：对称算法，随WAPI标准一起公布，可使用软件实现，加密强度为128位。

SM4分组密码算法是我国自主设计的分组对称密码算法，用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。要保证一个对称密码算法的安全性的基本条件是其具备足够的密钥长度，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特，因此在安全性上高于3DES算法。

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；

ECB(Electronic Codebook)、特点:运算快速,支持并行处理,需要填充、说明:不推荐使用

CBC (Cipher Block Chaining)、特点:支持并行处理,需要填充、说明:推荐使用

CFB(Cipher Feedback)、特点:支持并行处理,不需要填充、说明:不推荐使用

OFB(Output Feedback)、特点:迭代运算使用流密码模式,不需要填充、说明:不推荐使用

CTR (Counter)、特点:迭代运算使用流密码模式,支持并行处理,不需要填充、说明:推荐使用

XTS(XEX-based tweaked-codebook)、特点:不需要填充、说明:用于本地硬盘存储解决方案中

填充标准:明文长度必须是分组长度的倍数,如不是倍数,则必须有填充机制

PKCS#7填充:可处理的分组长度是1到255个字节

AES算法使用标准,比如:AES-128-CBC-PKCS#7,其中秘钥长度128,分组模式CBC,填充标准PKCS#7,AES算法默认分组128bit

对称加密算法以及使用方法

参考技术A 加密的原因：保证数据安全

加密必备要素：1、明文/密文    2、秘钥    3、算法

秘钥：在密码学中是一个定长的字符串、需要根据加密算法确定其长度

加密算法解密算法一般互逆、也可能相同

常用的两种加密方式：

对称加密：秘钥：加密解密使用同一个密钥、数据的机密性双向保证、加密效率高、适合加密于大数据大文件、加密强度不高(相对于非对称加密)

非对称加密：秘钥：加密解密使用的不同秘钥、有两个密钥、需要使用密钥生成算法生成两个秘钥、数据的机密性只能单向加密、如果想解决这个问题、双向都需要各自有一对秘钥、加密效率低、加密强度高

                    公钥：可以公开出来的密钥、公钥加密私钥解密

                    私钥：需要自己妥善保管、不能公开、私钥加密公钥解密

安全程度高：多次加密

按位异或运算

凯撒密码：加密方式    通过将铭文所使用的字母表按照一定的字数平移来进行加密

mod：取余

加密三要素：明文/密文(字母)、秘钥(3)、算法(向右平移3/-3)

安全常识：不要使用自己研发的算法、不要钻牛角尖、没必要研究底层实现、了解怎么应用；低强度的密码比不进行任何加密更危险；任何密码都会被破解；密码只是信息安全的一部分

保证数据的机密性、完整性、认证、不可否认性

计算机操作对象不是文字、而是由0或1排列而成的比特序列、程序存储在磁盘是二进制的字符串、为比特序列、将现实的东西映射为比特序列的操作称为编码、加密又称之为编码、解密称之为解码、根据ASCII对照表找到对应的数字、转换成二进制

三种对称加密算法：DES\3DES\ AES  

DES：已经被破解、除了用它来解密以前的明文、不再使用

密钥长度为56bit/8、为7byte、每隔7个bit会设置一个用于错误检查的比特、因此实际上是64bit

分组密码(以组为单位进行处理)：加密时是按照一个单位进行加密(8个字节/64bit为一组)、每一组结合秘钥通过加密算法得到密文、加密后的长度不变

3DES:三重DES为了增加DES的强度、将DES重复三次所得到的一种加密算法   密钥长度24byte、分成三份  加密--解密--加密 目的：为了兼容DES、秘钥1秘钥2相同==三个秘钥相同  ---加密一次        密钥1秘钥3相同--加密三次    三个密钥不相同最好、此时解密相当于加密、中间的一次解密是为了有三个密钥相同的情况

此时的解密操作与加密操作互逆，安全、效率低

数据先解密后加密可以么？可以、解密相当于加密、加密解密说的是算法

AES：(首选推荐)底层算法为Rijndael   分组长度为128bit、密钥长度为128bit到256bit范围内就可以   但是在AES中、密钥长度只有128bit\192bit\256bit     在go提供的接口中、只能是16字节(128bit)、其他语言中秘钥可以选择

目前为止最安全的、效率高

底层算法

分组密码的模式：

按位异或、对数据进行位运算、先将数据转换成二进制、按位异或操作符^、相同为真、不同为假、非0为假    按位异或一次为加密操作、按位异或两次为解密操作：a和b按位异或一次、结果再和b按位异或

ECB : 如果明文有规律、加密后的密文有规律不安全、go里不提供该接口、明文分组分成固定大小的块、如果最后一个分组不满足分组长度、则需要补位

CBC：密码链

问题：如何对字符串进行按位异或？解决了ECB的规律可查缺点、但是他不能并行处理、最后一个明文分组也需要填充 、初始化向量长度与分组长度相同

CFB:密文反馈模式

不需要填充最后一个分组、对密文进行加密

OFB：

不需要对最后一组进行填充

CTR计数器:

不需要对最后一组进行填充、不需要初始化向量     

Go中的实现

官方文档中：

在创建aes或者是des接口时都是调用如下的方法、返回的block为一个接口

func NewCipher(key [] byte ) ( cipher . Block , error )

type Block interface

    // 返回加密字节块的大小

    BlockSize() int

    // 加密src的第一块数据并写入dst，src和dst可指向同一内存地址

    Encrypt(dst, src []byte)

    // 解密src的第一块数据并写入dst，src和dst可指向同一内存地址

    Decrypt(dst, src []byte)



Block接口代表一个使用特定密钥的底层块加/解密器。它提供了加密和解密独立数据块的能力。

Block的Encrypt/Decrypt也能进行加密、但是只能加密第一组、因为aes的密钥长度为16、所以进行操作的第一组数据长度也是16

如果分组模式选择的是cbc

func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode    加密

func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode    解密

加密解密都调用同一个方法CryptBlocks()

并且cbc分组模式都会遇到明文最后一个分组的补充、所以会用到加密字节的大小

返回一个密码分组链接模式的、底层用b加密的BlockMode接口，初始向量iv的长度必须等于b的块尺寸。iv自己定义

返回的BlockMode同样也是一个接口类型

type BlockMode interface

    // 返回加密字节块的大小

    BlockSize() int

    // 加密或解密连续的数据块，src的尺寸必须是块大小的整数倍，src和dst可指向同一内存地址

    CryptBlocks(dst, src []byte)



BlockMode接口代表一个工作在块模式（如CBC、ECB等）的加/解密器

返回的BlockMode其实是一个cbc的指针类型中的b和iv

# 加密流程: 

1. 创建一个底层使用des/3des/aes的密码接口 "crypto/des" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- des func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- 3des "crypto/aes" func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # == aes 

2. 如果使用的是cbc/ecb分组模式需要对明文分组进行填充

3. 创建一个密码分组模式的接口对象 - cbc func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode # 加密 - cfb func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream # 加密 - ofb - ctr

 4. 加密, 得到密文

流程：

填充明文：

先求出最后一组中的字节数、创建新切片、长度为新切片、值也为切片的长度、然后利用bytes.Reapet将长度换成字节切片、追加到原明文中

//明文补充

func padPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte

    //1、求出需要填充的个数

    padNum := blockSize-len(plaintText) % blockSize

    //2、对填充的个数进行操作、与原明文进行合并

    newPadding := []bytebyte(padNum)

    newPlain := bytes.Repeat(newPadding,padNum)

    plaintText = append(plaintText,newPlain...)

    return plaintText



去掉填充数据：

拿去切片中的最后一个字节、得到尾部填充的字节个数、截取返回

//解密后的明文曲调补充的地方

func createPlaintText(plaintText []byte,blockSize int)[]byte

    //1、得到最后一个字节、并将字节转换成数字、去掉明文中此数字大小的字节

    padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])

    newPadding := plaintText[:len(plaintText)-padNum]

    return newPadding



des加密：

1、创建一个底层使用des的密码接口、参数为秘钥、返回一个接口

2、对明文进行填充

3、创建一个cbc模式的接口、需要创建iv初始化向量、返回一个blockmode对象

4、加密、调用blockmode中的cryptBlock函数进行加密、参数为目标参数和源参数

//des利用分组模式cbc进行加密

func EncryptoText(plaintText []byte,key []byte)[]byte

    //1、创建des对象

    cipherBlock,err := des.NewCipher(key)

    if err != nil

        panic(err)

    

    //2、对明文进行填充

    newText := padPlaintText(plaintText,cipherBlock.BlockSize())

    //3、选择分组模式、其中向量的长度必须与分组长度相同

    iv := make([]byte,cipherBlock.BlockSize())

    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(cipherBlock,iv)

    //4、加密

    blockMode.CryptBlocks(newText,newText)

    return newText



des解密：

1、创建一个底层使用des的密码接口、参数为秘钥、返回一个接口

2、创建一个cbc模式的接口、需要创建iv初始化向量，返回一个blockmode对象

3、加密、调用blockmode中的cryptBlock函数进行解密、参数为目标参数和源参数

4、调用去掉填充数据的方法

//des利用分组模式cbc进行解密

func DecryptoText(cipherText []byte, key []byte)[]byte

    //1、创建des对象

    cipherBlock,err := des.NewCipher(key)

    if err != nil

        panic(err)

    

    //2、创建cbc分组模式接口

    iv := []byte("12345678")

    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(cipherBlock,iv)

    //3、解密

    blockMode.CryptBlocks(cipherText,cipherText)

    //4、将解密后的数据进行去除填充的数据

    newText := clearPlaintText(cipherText,cipherBlock.BlockSize())

    return newText



Main函数调用

func main()

    //需要进行加密的明文

    plaintText := []byte("CBC--密文没有规律、经常使用的加密方式，最后一个分组需要填充，需要初始化向量" +

        "(一个数组、数组的长度与明文分组相等、数据来源:负责加密的人提供，加解密使用的初始化向量必须相同)")

    //密钥Key的长度需要与分组长度相同、且加密解密的密钥相同

    key := []byte("1234abcd")

    //调用加密函数

    cipherText := EncryptoText(plaintText,key)

    newPlaintText := DecryptoText(cipherText,key)

    fmt.Println(string(newPlaintText))



AES加密解密相同、所以只需要调用一次方法就可以加密、调用两次则解密

推荐是用分组模式：cbc、ctr

aes利用分组模式cbc进行加密

//对明文进行补充

func paddingPlaintText(plaintText []byte , blockSize int ) []byte

    //1、求出分组余数

    padNum := blockSize - len(plaintText) % blockSize

    //2、将余数转换为字节切片、然后利用bytes.Repeat得出有该余数的大小的字节切片

    padByte := bytes.Repeat([]bytebyte(padNum),padNum)

    //3、将补充的字节切片添加到原明文中

    plaintText = append(plaintText,padByte...)

    return plaintText



//aes加密

func encryptionText(plaintText []byte, key []byte) []byte

    //1、创建aes对象

    block,err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil

        panic(err)

    

    //2、明文补充

    newText := paddingPlaintText(plaintText,block.BlockSize())

    //3、创建cbc对象

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block,iv)

    //4、加密

    blockMode.CryptBlocks(newText,newText)

    return newText



//解密后的去尾

func clearplaintText(plaintText []byte, blockSize int) []byte

    //1、得到最后一个字节、并转换成整型数据

    padNum := int(plaintText[len(plaintText)-1])

    //2、截取明文字节中去掉得到的整型数据之前的数据、此处出错、没有用len-padNum

    newText := plaintText[:len(plaintText)-padNum]

    return newText



//aes解密

func deCryptionText(crypherText []byte, key []byte ) []byte

    //1、创建aes对象

    block, err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil

        panic(err)

    

    //2、创建cbc对象

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block,iv)

    //3、解密

    blockMode.CryptBlocks(crypherText,crypherText)

    //4、去尾

    newText := clearplaintText(crypherText,block.BlockSize())

    return newText



func main()

    //需要进行加密的明文

    plaintText := []byte("CBC--密文没有规律、经常使用的加密方式，最后一个分组需要填充，需要初始化向量")

    //密钥Key的长度需要与分组长度相同、且加密解密的密钥相同

    key := []byte("12345678abcdefgh")

    //调用加密函数

    cipherText := encryptionText(plaintText,key)

    //调用解密函数

    newPlaintText := deCryptionText(cipherText,key)

    fmt.Println("解密后",string(newPlaintText))



//aes--ctr加密

func encryptionCtrText(plaintText []byte, key []byte) []byte

    //1、创建aes对象

    block,err := aes.NewCipher(key)

    if err != nil

        panic(err)

    

    //2、创建ctr对象，虽然ctr模式不需要iv，但是go中使用ctr时还是需要iv

    iv := []byte("12345678abcdefgh")

    stream := cipher.NewCTR(block,iv)

    stream.XORKeyStream(plaintText,plaintText)

    return plaintText



func main()

//aes--ctr加密解密、调用两次即为解密、因为加密解密函数相同stream.XORKeyStream

    ctrcipherText := encryptionCtrText(plaintText, key)

    ctrPlaintText := encryptionCtrText(ctrcipherText,key)

    fmt.Println("aes解密后", string(ctrPlaintText))



英文单词：

明文：plaintext     密文：ciphertext   填充：padding/fill    去掉clear  加密Encryption  解密Decryption