DES--------Golang对称加密之模式问题实战

Posted 2020-10-22

1. 背景

近期项目在对接第三方产品，传输过程中涉及到数据加密, 数据加密流程为：

• 发送数据DES加密
• DES加密后的数据进行base64编码
• 发送，接受数据
• 接受读取的数据进行base64解码
• base64解码完的数据机型DES解密

  由于采用golang对接，文档且无说明情况下，默认采用CBC模式加解密，导致很长时间对接不上。
  后通过对方Java Demo代码查看得知采用ECB加密模式，Java默认DES算法使用DES/ECB/PKCS5Padding工作方式，在GO语言中因为ECB的脆弱性，DES的ECB模式是故意不放出来的，但实际情况中有时我们并不需要那么安全。

DES介绍

DES 使用一个 56 位的密钥以及附加的 8 位奇偶校验位，产生最大 64 位的分组大小。这是一个迭代的分组密码，使用称为 Feistel 的技术，其中将加密的文本块分成两半。使用子密钥对其中一半应用循环功能，然后将输出与另一半进行"异或"运算;接着交换这两半，这一过程会继续下去，但最后一个循环不交换。DES 使用 16 个循环，使用异或，置换，代换，移位操作四种基本运算。

DES常见加密模式

CBC（加密分组链接模式）

密文分组链接方式，这是golang和.NET封装的DES算法的默认模式，它比较麻烦，加密步骤如下：

1. 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，就涉及到数据补位了）
2. 第一组数据D1与向量I异或后的结果进行DES加密得到第一组密文C1（注意：这里有向量I的说法，ECB模式下没有使用向量I）
3. 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
4. 之后的数据以此类推，得到Cn
5. 按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。

• 数据补位一般有NoPadding和PKCS7Padding(JAVA中是PKCS5Padding)填充方式，PKCS7Padding和PKCS5Padding实际只是协议不一样，根据相关资料说明：PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节，PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。但是封装的DES算法默认都是8字节，所以可以认为他们一样。数据补位实际是在数据不满8字节的倍数，才补充到8字节的倍数的填充过程。

• NoPadding填充方式：算法本身不填充，比如.NET的padding提供了有None，Zeros方式，分别为不填充和填充0的方式。

• PKCS7Padding（PKCS5Padding）填充方式：为.NET和JAVA的默认填充方式，对加密数据字节长度对8取余为r，如r大于0，则补8-r个字节，字节为8-r的值；如果r等于0，则补8个字节8。比如：

加密字符串为为AAA，则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB，则补位为BBBBBB22；加密字符串为CCCCCCCC，则补位为CCCCCCCC88888888。

ECB（电子密码本模式）

电子密本方式，这是JAVA封装的DES算法的默认模式，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，则补足8个字节（注意：这里就涉及到数据补位了）进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

CFB（加密反馈模式）

加密反馈模式克服了需要等待8个字节才能加密的缺点，它采用了分组密码作为流密码的密钥流生成器；

OFB（输出反馈模式）

与CFB模式不同之处在于, 加密位移寄存器与密文无关了,仅与加密key和加密算法有关；
做法是不再把密文输入到加密移位寄存器，而是把输出的分组密文（Oi）输入到一位寄存器；

DES加密之golang的CBC和ECB模式代码实现

CBC和ECB模式加密

func DesECBEncrypt(data, key []byte)([]byte, error) {
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    bs := block.BlockSize()
    data = PKCS5Padding(data, bs)
    if len(data)%bs != 0 {
        return nil, errors.New("Need a multiple of the blocksize")
    }
    out := make([]byte, len(data))
    dst := out
    for len(data) > 0 {
        block.Encrypt(dst, data[:bs])
        data = data[bs:]
        dst = dst[bs:]
    }
    return out, nil
}

func DesCBCEncrypt(origData, key []byte) ([]byte, error) {
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    origData = PKCS5Padding(origData, block.BlockSize())
    // origData = ZeroPadding(origData, block.BlockSize())
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, key)
    crypted := make([]byte, len(origData))
    // 根据CryptBlocks方法的说明，如下方式初始化crypted也可以
    // crypted := origData
    blockMode.CryptBlocks(crypted, origData)
    return crypted, nil
}

func PKCS5Padding(ciphertext []byte, blockSize int) []byte {
    padding := blockSize - len(ciphertext)%blockSize
    padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    return append(ciphertext, padtext...)
}

CBC和ECB模式解密

func DesECBDecrypt(data, key []byte)([]byte, error) {
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    bs := block.BlockSize()
    if len(data)%bs != 0 {
        return nil, errors.New("crypto/cipher: input not full blocks")
    }
    out := make([]byte, len(data))
    dst := out
    for len(data) > 0 {
        block.Decrypt(dst, data[:bs])
        data = data[bs:]
        dst = dst[bs:]
    }
    out = PKCS5UnPadding(out)
    return out, nil
}

func DesCBCDecrypt(crypted, key []byte) ([]byte, error) {
    block, err := des.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, key)
    //origData := make([]byte, len(crypted))
    origData := crypted
    blockMode.CryptBlocks(origData, crypted)
    //origData = PKCS5UnPadding(origData)

    origData = PKCS5UnPadding(origData)
    return origData, nil
}

func PKCS5UnPadding(origData []byte) []byte {
    length := len(origData)
    unpadding := int(origData[length-1])
    return origData[:(length - unpadding)]
}

总结

以需求驱动技术，技术本身没有优略之分，只有业务之分。