232013
 

接着RSA加密解密,我们继续来看看DES的加密解密

一、DES简介

DES(Data Encryption Standard)是对称加密算法,也就是加密和解密用相同的密钥。其入口参数有三个:key、data、mode。key为加密解密使用的密钥,data为加密解密的数据,mode为其工作模式。当模式为加密模式时,明文按照64位进行分组,形成明文组,key用于对数据加密,当模式为解密模式时,key用于对数据解密。实际运用中,密钥只用到了64位中的56位,这样才具有高的安全性。DES 的常见变体是三重 DES,使用 168 位的密钥对资料进行三次加密的一种机制;它通常(但非始终)提供极其强大的安全性。如果三个 56 位的子元素都相同,则三重 DES 向后兼容 DES。

DES加密,涉及到加密模式和填充方式,所以,和其他语言加解密时,应该约定好加密模式和填充方式。(模式定义了Cipher如何应用加密算法。改变模式可以容许一个块加密程序变为流加密程序。)

关于分组加密:分组密码每次加密一个数据分组,这个分组的位数可以是随意的,一般选择64或者128位。另一方面,流加密程序每次可以加密或解密一个字节的数据,这就使它比流加密的应用程序更为有用。

在用DES加密解密时,经常会涉及到一个概念:块(block,也叫分组),模式(比如cbc),初始向量(iv),填充方式(padding,包括none,用’\0′填充,pkcs5padding或pkcs7padding)。多语言加密解密交互时,需要确定好这些。比如这么定:

采用3DES、CBC模式、pkcs5padding,初始向量用key充当;另外,对于zero padding,还得约定好,对于数据长度刚好是block size的整数倍时,是否需要额外填充。

二、Go DES加密解密

1、crypto/des包

Go中crypto/des包实现了 Data Encryption Standard (DES) and the Triple Data Encryption Algorithm (TDEA)。查看该包文档,发现相当简单:
定义了DES块大小(8bytes),定义了一个KeySizeError。另外定义了两个我们需要特别关注的函数,即

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

他们都是用来获得一个cipher.Block。从名字可以很容易知道,DES使用NewCipher,3DES使用NewTripleDESCipher。参数都是密钥(key)

2、crypto/cipher包

那么,cipher这个包是干嘛用的呢?它实现了标准的块加密模式。我们看一下cipher.Block

type Block interface {
    // BlockSize returns the cipher's block size.
    BlockSize() int

    // Encrypt encrypts the first block in src into dst.
    // Dst and src may point at the same memory.
    Encrypt(dst, src []byte)

    // Decrypt decrypts the first block in src into dst.
    // Dst and src may point at the same memory.
    Decrypt(dst, src []byte)
}

这是一个接口

对称加密,按块方式,我们经常见到CBC、ECB之类的,这些是加密模式。可以参考:DES加密模式详解 http://linux.bokee.com/6956594.html
Go中定义了一个接口BlockMode代表各种模式

type BlockMode interface {
    // BlockSize returns the mode's block size.
    BlockSize() int

    // CryptBlocks encrypts or decrypts a number of blocks. The length of
    // src must be a multiple of the block size. Dst and src may point to
    // the same memory.
    CryptBlocks(dst, src []byte)
}

该包还提供了获取BlockMode实例的两个方法

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

即一个CBC加密,一个CBC解密

对于按流方式加密的,定义了一个接口:

type Stream interface {
    // XORKeyStream XORs each byte in the given slice with a byte from the
    // cipher's key stream. Dst and src may point to the same memory.
    XORKeyStream(dst, src []byte)
}

同样也提供了获取实现该接口的实例

这里,我们只讨论CBC模式

3、加密解密

1)DES
DES加密代码如下:

func DesEncrypt(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
}

以上代码使用DES加密(des.NewCipher),加密模式为CBC(cipher.NewCBCEncrypter(block, key)),填充方式PKCS5Padding,该函数的代码如下:

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

可见,数据长度刚好是block size的整数倍时,也进行了填充,如果不进行填充,unpadding会搞不定。
另外,为了方便,初始向量直接使用key充当了(实际项目中,最好别这么做)

DES解密代码如下:

func DesDecrypt(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 = ZeroUnPadding(origData)
     return origData, nil
}

可见,解密无非是调用cipher.NewCBCDecrypter,最后unpadding,其他跟加密几乎一样。相应的PKCS5UnPadding:

func PKCS5UnPadding(origData []byte) []byte {
	length := len(origData)
	// 去掉最后一个字节 unpadding 次
	unpadding := int(origData[length-1])
	return origData[:(length - unpadding)]
}

2)、3DES

加密代码:

// 3DES加密
func TripleDesEncrypt(origData, key []byte) ([]byte, error) {
     block, err := des.NewTripleDESCipher(key)
     if err != nil {
          return nil, err
     }
     origData = PKCS5Padding(origData, block.BlockSize())
     // origData = ZeroPadding(origData, block.BlockSize())
     blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, key[:8])
     crypted := make([]byte, len(origData))
     blockMode.CryptBlocks(crypted, origData)
     return crypted, nil
}

对比DES,发现只是换了NewTripleDESCipher。不过,需要注意的是,密钥长度必须24byte,否则直接返回错误。关于这一点,PHP中却不是这样的,只要是8byte以上就行;而Java中,要求必须是24byte以上,内部会取前24byte(相当于就是24byte)。

另外,初始化向量长度是8byte(目前各个语言都是如此,不是8byte会有问题)。然而,如果你用的Go是1.0.3(或以下),iv可以不等于8byte。其实,在cipher.NewCBCEncrypter方法中有注释:
The length of iv must be the same as the Block’s block size.
可是代码中的实现却没有做判断。不过,go tips中修正了这个问题,如果iv不等于block size(des为8),则直接panic。所以,对于加解密,一定要测试,保证iv等于block size,否则可能会panic:

func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode {
     if len(iv) != b.BlockSize() {
          panic("cipher.NewCBCDecrypter: IV length must equal block size")
     }
     return (*cbcDecrypter)(newCBC(b, iv))
}

此处之所有用panic而不是返回error,个人猜测,是由于目前发布的版本,该方法没有返回error,修改方法签名会导致兼容性问题,因此用panic了。

解密代码:

// 3DES解密
func TripleDesDecrypt(crypted, key []byte) ([]byte, error) {
     block, err := des.NewTripleDESCipher(key)
     if err != nil {
          return nil, err
     }
     blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, key[:8])
     origData := make([]byte, len(crypted))
     // origData := crypted
     blockMode.CryptBlocks(origData, crypted)
     origData = PKCS5UnPadding(origData)
     // origData = ZeroUnPadding(origData)
     return origData, nil
}

三、和其他语言交互:加解密

这次,我写了PHP、Java的版本,具体代码放在github上。这里说明一下,Java中,默认模式是ECB,且没有用”\0″填充的情况,只有NoPadding和PKCS5Padding;而PHP中(mcrypt扩展),默认填充方式是”\0″,而且,当数据长度刚好是block size的整数倍时,默认不会填充”\0″,这样,如果数据刚好是block size的整数倍且结尾字符是”\0″,会有问题。

综上,跨语言加密解密,应该使用PKCS5Padding填充。

完整代码 myblog_article_code

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  10 条评论 到 “Go加密解密之DES”

评论 (9) Pingbacks (1)
  1. 哈哈,正在看这个,很好的资料

  2. 刚好在找java和go语言相互可用的加解密方案,节省了不少时间,谢谢。

  3. 很不错的文章, 特别是 padding部分, 我没有在golang docs中找到任何补pad相关的知识, 感谢!
    还有, 关于跨语言的Padding支持介绍, 也很有借鉴意义.

    另外, 提点建议, 可能有人会把你的文章当做sample写进实际项目里, 所以 用key做iv的方法, 最好修改一下, 比如, 像golang docs里介绍的那样, 把随机生成的iv放在头部.

    • 呃~格式不对,没找到删除或修改的地方,麻烦楼主删除上一条

      des.goZeroUnPadding的实现是有问题的

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

      可以改成

      func ZeroUnPadding(origData []byte) []byte {
      return bytes.TrimFunc(origData,
      func(r rune) bool {
      return r == rune(0)
      })
      }

    • 已修正,感谢反馈。当时可能直接拷贝 PKCS5UnPadding 了。

      不过,你这里最好使用 bytes.TrimRightFunc

  4. 博主您好,咨询你几个问题。我如果用python调用你的go生成的动态链接库,python传入byte貌似不行。

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