Go加密算法总结

前言

加密解密在实际开发中应用比较广泛,常用加解密分为:“对称式”、“非对称式”和”数字签名“。

对称式:对称加密(也叫私钥加密)指加密和解密使用相同密钥的加密算法。具体算法主要有DES算法3DES算法,TDEA算法,Blowfish算法,RC5算法,IDEA算法。

非对称加密(公钥加密):指加密和解密使用不同密钥的加密算法,也称为公私钥加密。具体算法主要有RSAElgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(椭圆曲线加密算法)。

数字签名:数字签名是非对称密钥加密技术数字摘要技术的应用。如MD5、SHA1、HMAC等, 主要用于验证,防止信息被修改, 如:文件校验、数字签名、鉴权协议;

以下介绍golang语言主要的加密解密算法实现。

md5

MD5信息摘要算法是一种被广泛使用的密码散列函数,可以产生出一个128位(16进制,32个字符)的散列值(hash value),用于确保信息传输完整一致。

func GetMd5String(s string) string {
    h := md5.New()
    h.Write([]byte(s))
    return hex.EncodeToString(h.Sum(nil))
}

hmac

HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码(Hash-based Message Authentication Code)的缩写,

它通过一个标准算法,在计算哈希的过程中,把key混入计算过程中。

和我们自定义的加salt算法不同,Hmac算法针对所有哈希算法都通用,无论是MD5还是SHA-1。采用Hmac替代我们自己的salt算法,可以使程序算法更标准化,也更安全。

//key随意设置 data 要加密数据
func Hmac(key, data string) string {
    hash:= hmac.New(md5.New, []byte(key)) // 创建对应的md5哈希加密算法
    hash.Write([]byte(data))
    return hex.EncodeToString(hash.Sum([]byte("")))
}
func HmacSha256(key, data string) string {
    hash:= hmac.New(sha256.New, []byte(key)) //创建对应的sha256哈希加密算法
    hash.Write([]byte(data))
    return hex.EncodeToString(hash.Sum([]byte("")))
}

Base64

base64不是加密算法

它是一种数据编码方式,虽然是可逆的,但是它的编码方式是公开的,无所谓加密。本文也对Base64编码方式做了简要介绍。

实现Base64编码解码

Base64是一种任意二进制到文本字符串的编码方法,常用于在URL、Cookie、网页中传输少量二进制数据。 首先使用Base64编码需要一个含有64个字符的表,这个表由大小写字母、数字、+和/组成。采用Base64编码处理数据时,会把每三个字节共24位作为一个处理单元,再分为四组,每组6位,查表后获得相应的字符即编码后的字符串。编码后的字符串长32位,这样,经Base64编码后,原字符串增长1/3。如果要编码的数据不是3的倍数,最后会剩下一到两个字节,Base64编码中会采用\x00在处理单元后补全,编码后的字符串最后会加上一到两个 = 表示补了几个字节。

const (
   base64Table = "IJjkKLMNO567PQX12RVW3YZaDEFGbcdefghiABCHlSTUmnopqrxyz04stuvw89+/"

)

var coder = base64.NewEncoding(base64Table)

func Base64Encode(src []byte) []byte {         //编码
   return []byte(coder.EncodeToString(src))
}

func Base64Decode(src []byte) ([]byte, error) {   //解码
   return coder.DecodeString(string(src))
}

sha1

SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160(20字节)散列值,散列值通常的呈现形式为40个十六进制数。

func Sha1(data string) string {
    sha1 := sha1.New()
    sha1.Write([]byte(data))
    return hex.EncodeToString(sha1.Sum([]byte("")))
}

bcrypt加密

package main

import (
	"fmt"
	"golang.org/x/crypto/bcrypt"
)

func main()  {
	password := "test"
	hash,err := bcrypt.GenerateFromPassword([]byte(password),0)
	fmt.Println(string(hash),err)

	// 密码如果校验成功会返回Nil
	fmt.Println(bcrypt.CompareHashAndPassword(hash,[]byte("youmen18")))
}

AES

密码学中的高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES),又称Rijndael加密法,是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES(Data Encryption Standard),已经被多方分析且广为全世界所使用。AES中常见的有三种解决方案,分别为AES-128、AES-192和AES-256。如果采用真正的128位加密技术甚至256位加密技术,蛮力攻击要取得成功需要耗费相当长的时间。

AES有五种加密模式

/*
	电码本模式(Electronic Codebook Book (ECB))、
  密码分组链接模式(Cipher Block Chaining (CBC))、
  计算器模式(Counter (CTR))、
  密码反馈模式(Cipher FeedBack (CFB))
  输出反馈模式(Output FeedBack (OFB))
*/
ECB模式

出于安全考虑,golang默认并不支持ECB模式。

package main

import (
    "crypto/aes"
    "fmt"
)

func AESEncrypt(src []byte, key []byte) (encrypted []byte) {
    cipher, _ := aes.NewCipher(generateKey(key))
    length := (len(src) + aes.BlockSize) / aes.BlockSize
    plain := make([]byte, length*aes.BlockSize)
    copy(plain, src)
    pad := byte(len(plain) - len(src))
    for i := len(src); i < len(plain); i++ {
        plain[i] = pad
    }
    encrypted = make([]byte, len(plain))
    // 分组分块加密
    for bs, be := 0, cipher.BlockSize(); bs <= len(src); bs, be = bs+cipher.BlockSize(), be+cipher.BlockSize() {
        cipher.Encrypt(encrypted[bs:be], plain[bs:be])
    }

    return encrypted
}

func AESDecrypt(encrypted []byte, key []byte) (decrypted []byte) {
    cipher, _ := aes.NewCipher(generateKey(key))
    decrypted = make([]byte, len(encrypted))
    //
    for bs, be := 0, cipher.BlockSize(); bs < len(encrypted); bs, be = bs+cipher.BlockSize(), be+cipher.BlockSize() {
        cipher.Decrypt(decrypted[bs:be], encrypted[bs:be])
    }

    trim := 0
    if len(decrypted) > 0 {
        trim = len(decrypted) - int(decrypted[len(decrypted)-1])
    }

    return decrypted[:trim]
}

func generateKey(key []byte) (genKey []byte) {
    genKey = make([]byte, 16)
    copy(genKey, key)
    for i := 16; i < len(key); {
        for j := 0; j < 16 && i < len(key); j, i = j+1, i+1 {
            genKey[j] ^= key[i]
        }
    }
    return genKey
}
func main()  {

    source:="hello world"
    fmt.Println("原字符:",source)
    //16byte密钥
    key:="1443flfsaWfdas"
    encryptCode:=AESEncrypt([]byte(source),[]byte(key))
    fmt.Println("密文:",string(encryptCode))

    decryptCode:=AESDecrypt(encryptCode,[]byte(key))

    fmt.Println("解密:",string(decryptCode))
}
CBC模式
package main
import(
    "bytes"
    "crypto/aes"
    "fmt"
    "crypto/cipher"
    "encoding/base64"
)
func main() {
    orig := "hello world"
    key := "0123456789012345"
    fmt.Println("原文:", orig)
    encryptCode := AesEncrypt(orig, key)
    fmt.Println("密文:" , encryptCode)
    decryptCode := AesDecrypt(encryptCode, key)
    fmt.Println("解密结果:", decryptCode)
}
func AesEncrypt(orig string, key string) string {
    // 转成字节数组
    origData := []byte(orig)
    k := []byte(key)
    // 分组秘钥
    // NewCipher该函数限制了输入k的长度必须为16, 24或者32
    block, _ := aes.NewCipher(k)
    // 获取秘钥块的长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 补全码
    origData = PKCS7Padding(origData, blockSize)
    // 加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, k[:blockSize])
    // 创建数组
    cryted := make([]byte, len(origData))
    // 加密
    blockMode.CryptBlocks(cryted, origData)
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(cryted)
}
func AesDecrypt(cryted string, key string) string {
    // 转成字节数组
    crytedByte, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(cryted)
    k := []byte(key)
    // 分组秘钥
    block, _ := aes.NewCipher(k)
    // 获取秘钥块的长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, k[:blockSize])
    // 创建数组
    orig := make([]byte, len(crytedByte))
    // 解密
    blockMode.CryptBlocks(orig, crytedByte)
    // 去补全码
    orig = PKCS7UnPadding(orig)
    return string(orig)
}
//补码
//AES加密数据块分组长度必须为128bit(byte[16]),密钥长度可以是128bit(byte[16])、192bit(byte[24])、256bit(byte[32])中的任意一个。
func PKCS7Padding(ciphertext []byte, blocksize int) []byte {
    padding := blocksize - len(ciphertext)%blocksize
    padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    return append(ciphertext, padtext...)
}
//去码
func PKCS7UnPadding(origData []byte) []byte {
    length := len(origData)
    unpadding := int(origData[length-1])
    return origData[:(length - unpadding)]
}
CRT模式
package main

import (
    "bytes"
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "fmt"
)
//加密
func aesCtrCrypt(plainText []byte, key []byte) ([]byte, error) {

    //1. 创建cipher.Block接口
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    //2. 创建分组模式,在crypto/cipher包中
    iv := bytes.Repeat([]byte("1"), block.BlockSize())
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)
    //3. 加密
    dst := make([]byte, len(plainText))
    stream.XORKeyStream(dst, plainText)

    return dst, nil
}


func main() {
    source:="hello world"
    fmt.Println("原字符:",source)

    key:="1443flfsaWfdasds"
    encryptCode,_:=aesCtrCrypt([]byte(source),[]byte(key))
    fmt.Println("密文:",string(encryptCode))

    decryptCode,_:=aesCtrCrypt(encryptCode,[]byte(key))

    fmt.Println("解密:",string(decryptCode))
}
CFB模式
package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "crypto/rand"
    "encoding/hex"
    "fmt"
    "io"
)
func AesEncryptCFB(origData []byte, key []byte) (encrypted []byte) {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        //panic(err)
    }
    encrypted = make([]byte, aes.BlockSize+len(origData))
    iv := encrypted[:aes.BlockSize]
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
        //panic(err)
    }
    stream := cipher.NewCFBEncrypter(block, iv)
    stream.XORKeyStream(encrypted[aes.BlockSize:], origData)
    return encrypted
}
func AesDecryptCFB(encrypted []byte, key []byte) (decrypted []byte) {
    block, _ := aes.NewCipher(key)
    if len(encrypted) < aes.BlockSize {
        panic("ciphertext too short")
    }
    iv := encrypted[:aes.BlockSize]
    encrypted = encrypted[aes.BlockSize:]

    stream := cipher.NewCFBDecrypter(block, iv)
    stream.XORKeyStream(encrypted, encrypted)
    return encrypted
}
func main() {
    source:="hello world"
    fmt.Println("原字符:",source)
    key:="ABCDEFGHIJKLMNO1"//16位
    encryptCode:=AesEncryptCFB([]byte(source),[]byte(key))
    fmt.Println("密文:",hex.EncodeToString(encryptCode))
    decryptCode:=AesDecryptCFB(encryptCode,[]byte(key))

    fmt.Println("解密:",string(decryptCode))
}
OFB模式
package main

import (
    "bytes"
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "crypto/rand"
    "encoding/hex"
    "fmt"
    "io"
)
func aesEncryptOFB( data[]byte,key []byte) ([]byte, error) {
    data = PKCS7Padding(data, aes.BlockSize)
    block, _ := aes.NewCipher([]byte(key))
    out := make([]byte, aes.BlockSize + len(data))
    iv := out[:aes.BlockSize]
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
        return nil, err
    }

    stream := cipher.NewOFB(block, iv)
    stream.XORKeyStream(out[aes.BlockSize:], data)
    return out, nil
}

func aesDecryptOFB( data[]byte,key []byte) ([]byte, error) {
    block, _ := aes.NewCipher([]byte(key))
    iv  := data[:aes.BlockSize]
    data = data[aes.BlockSize:]
    if len(data) % aes.BlockSize != 0 {
        return nil, fmt.Errorf("data is not a multiple of the block size")
    }

    out := make([]byte, len(data))
    mode := cipher.NewOFB(block, iv)
    mode.XORKeyStream(out, data)

    out= PKCS7UnPadding(out)
    return out, nil
}
//补码
//AES加密数据块分组长度必须为128bit(byte[16]),密钥长度可以是128bit(byte[16])、192bit(byte[24])、256bit(byte[32])中的任意一个。
func PKCS7Padding(ciphertext []byte, blocksize int) []byte {
    padding := blocksize - len(ciphertext)%blocksize
    padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    return append(ciphertext, padtext...)
}
//去码
func PKCS7UnPadding(origData []byte) []byte {
    length := len(origData)
    unpadding := int(origData[length-1])
    return origData[:(length - unpadding)]
}
func main() {
    source:="hello world"
    fmt.Println("原字符:",source)
    key:="1111111111111111"//16位  32位均可
    encryptCode,_:=aesEncryptOFB([]byte(source),[]byte(key))
    fmt.Println("密文:",hex.EncodeToString(encryptCode))
    decryptCode,_:=aesDecryptOFB(encryptCode,[]byte(key))

    fmt.Println("解密:",string(decryptCode))
}
RSA加密简介
rsa加密算法简史

RSA是1977年由罗纳德·李维斯特(Ron Rivest)、阿迪·萨莫尔(Adi Shamir)和伦纳德·阿德曼(Leonard Adleman)一起提出的。当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。

rsa加密算法实现原理

学过算法的朋友都知道,计算机中的算法其实就是数学运算。所以,再讲解RSA加密算法之前,有必要了解一下一些必备的数学知识。我们就从数学知识开始讲解。

必备数学知识

RSA加密算法中,只用到素数、互质数、指数运算、模运算等几个简单的数学知识。所以,我们也需要了解这几个概念即可

素数

素数又称质数,指在一个大于1的自然数中,除了1和此整数自身外,不能被其他自然数整除的数。这个概念,我们在上初中,甚至小学的时候都学过了,这里就不再过多解释了。

互质数

百度百科上的解释是:公因数只有1的两个数,叫做互质数。;维基百科上的解释是:互质,又称互素。若N个整数的最大公因子是1,则称这N个整数互质。

常见的互质数判断方法主要有以下几种:

/*
	1、两个不同的质数一定是互质数。例如,2与7、13与19。
  2、一个质数,另一个不为它的倍数,这两个数为互质数。例如,3与10、5与 26。
  3、相邻的两个自然数是互质数。如 15与 16。
              4、相邻的两个奇数是互质数。如 49与 51。
  5、较大数是质数的两个数是互质数。如97与88。
  6、小数是质数,大数不是小数的倍数的两个数是互质数。例如 7和 16。
  7、2和任何奇数是互质数。例如2和87。
  8、1不是质数也不是合数,它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。
  9、辗转相除法。
*/
指数运算
/*
	 指数运算又称乘方计算,计算结果称为幂。nm指将n自乘m次。把nm看作乘方的结果,叫做”n的m次幂”或”n的m次方”。其中,n称为“底数”,m称为“指数”。
*/
模运算
/*
	 模运算即求余运算。“模”是“Mod”的音译。和模运算紧密相关的一个概念是“同余”。数学上,当两个整数除以同一个正整数,若得相同余数,则二整数同余。

  两个整数a,b,若它们除以正整数m所得的余数相等,则称a,b对于模m同余,记作: a ≡ b (mod m);读作:a同余于b模m,或者,a与b关于模m同余。例如:26 ≡ 14 (mod 12)。
*/

RSA加密算法

公钥和密钥的产生

假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。她可以用以下的方式来产生一个公钥和一个私钥:

/*
	 1、随意选择两个大的质数p和q,p不等于q,计算N=pq。
   2、根据欧拉函数,求得r = (p-1)(q-1)
   3、选择一个小于 r 的整数 e,求得 e 关于模 r 的模反元素,命名为d。(模反元素存在,当且仅当e与r互质)
   4、将 p 和 q 的记录销毁。
       (N,e)是公钥,(N,d)是私钥。Alice将她的公钥(N,e)传给Bob,而将她的私钥(N,d)藏起来。
*/
加密消息

假设Bob想给Alice送一个消息m,他知道Alice产生的N和e。他使用起先与Alice约好的格式将m转换为一个小于N的整数n,比如他可以将每一个字转换为这个字的Unicode码,然后将这些数字连在一起组成一个数字。假如他的信息非常长的话,他可以将这个信息分为几段,然后将每一段转换为n。用下面这个公式他可以将n加密为c:

  ne ≡ c (mod N)

计算c并不复杂。Bob算出c后就可以将它传递给Alice。

解密消息

Alice得到Bob的消息c后就可以利用她的密钥d来解码。她可以用以下这个公式来将c转换为n:

  cd ≡ n (mod N)

得到n后,她可以将原来的信息m重新复原。

解码的原理是

  cd ≡ n e·d(mod N)

以及ed ≡ 1 (mod p-1)ed ≡ 1 (mod q-1)。由费马小定理可证明(因为p和q是质数)

  n e·d ≡ n (mod p)  和  n e·d ≡ n (mod q)

这说明(因为p和q是不同的质数,所以p和q互质)

  n e·d ≡ n (mod pq)

签名消息

RSA也可以用来为一个消息署名。假如甲想给乙传递一个署名的消息的话,那么她可以为她的消息计算一个散列值(Message digest),然后用她的密钥(private key)加密这个散列值并将这个“署名”加在消息的后面。这个消息只有用她的公钥才能被解密。乙获得这个消息后可以用甲的公钥解密这个散列值,然后将这个数据与他自己为这个消息计算的散列值相比较。假如两者相符的话,那么他就可以知道发信人持有甲的密钥,以及这个消息在传播路径上没有被篡改过。

Golang加密解密之RSA

概要

这是一个非对称加密算法,一般通过公钥加密,私钥解密。

在加解密过程中,使用openssl生产密钥。执行如下操作:

创建私钥
openssl genrsa -out private.pem 1024 
//密钥长度,1024觉得不够安全的话可以用2048,但是代价也相应增大
创建公钥
openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem
// 这样便生产了密钥。

一般地,各个语言也会提供API,用于生成密钥。在Go中,可以查看encoding/pem包和crypto/x509包。

加密解密这块,涉及到很多标准

Go RSA加密
  1. rsa加解密, 必须会去查crypto/ras这个包
Package rsa implements RSA encryption as specified in PKCS#1.

这是该包的说明:实现RSA加密技术,基于PKCS#1规范。

对于什么是PKCS#1,可以查阅相关资料。PKCS(公钥密码标准),而#1就是RSA的标准。可以查看:PKCS系列简介

从该包中函数的名称,可以看到有两对加解密的函数。

EncryptOAEP和DecryptOAEP
EncryptPKCS1v15和DecryptPKCS1v15

这称作加密方案,详细可以查看,PKCS #1 v2.1 RSA 算法标准

可见,当与其他语言交互时,需要确定好使用哪种方案。

PublicKey和PrivateKey两个类型分别代表公钥和私钥,关于这两个类型中成员该怎么设置,这涉及到RSA加密算法,本文中,这两个类型的实例通过解析文章开头生成的密钥得到。

2 . 解析密钥得到PublicKey和PrivateKey的实例

这个过程,我也是花了好些时间(主要对各种加密的各种东东不熟):怎么将openssl生成的密钥文件解析到公钥和私钥实例呢?

encoding/pem包中,看到了—–BEGIN Type—–这样的字样,这正好和openssl生成的密钥形式差不多,那就试试。

在该包中,一个block代表的是PEM编码的结构,关于PEM,请查阅相关资料。我们要解析密钥,当然用Decode方法:

/*
	func Decode(data []byte) (p *Block, rest []byte)
*/

这样便得到了一个Block的实例(指针)。

解析来看crypto/x509。为什么是x509呢?这又涉及到一堆概念。先不管这些,我也是看encodingcrypto这两个包的子包摸索出来的。

在x509包中,有一个函数:

func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface{}, err error)

从该函数的说明:ParsePKIXPublicKey parses a DER encoded public key. These values are typically found in PEM blocks with “BEGIN PUBLIC KEY”。可见这就是解析PublicKey的。另外,这里说到了PEM,可以上面的encoding/pem对了。

而解析私钥的,有好几个方法,从上面的介绍,我们知道,RSA是PKCS#1,刚好有一个方法:

func ParsePKCS1PrivateKey(der []byte) (key *rsa.PrivateKey, err error)

返回的就是rsa.PrivateKey

加密解密实现

加密

func RsaEncrypt(origData []byte) ([]byte, error) {
  block, _ := pem.Decode(publicKey)
  if block == nil {
    return nil, errors.New("public key error")
  }
  pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
  if err != nil {
    return nil, err
  }
  pub := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
  return rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pub, origData)
}

解密

func RsaDecrypt(ciphertext []byte) ([]byte, error) {
  block, _ := pem.Decode(privateKey)
  if block == nil {
    return nil, errors.New("private key error!")
  }
  priv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
  if err != nil {
    return nil, err
  }
  return rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, priv, ciphertext)
}

使用例子

package main
 
import (
  "fmt"
)

func main() {
  data, err := RsaEncrypt([]byte("test"))
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  origData, err := RsaDecrypt(data)
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  fmt.Println(string(origData))
}

// 此例子是加密完test后立马解密

参考:

https://segmentfault.com/a/1190000024557845

https://www.jb51.net/article/89884.htm

posted @ 2020-12-19 18:35  常见-youmen  阅读(3525)  评论(0编辑  收藏  举报