Go 加密解密演演算法小結

2022-01-19 16:01:42

前言

加密解密在實際開發中應用比較廣泛，常用加解密分為：“對稱式”、“非對稱式”和”數位簽章“。

對稱式：對稱加密(也叫私鑰加密)指加密和解密使用相同金鑰的加密演演算法。具體演演算法主要有DES演演算法，3DES演演算法，TDEA演演算法，Blowfish演演算法，RC5演演算法，IDEA演演算法。

非對稱加密(公鑰加密)：指加密和解密使用不同金鑰的加密演演算法，也稱為公私鑰加密。具體演演算法主要有RSA、Elgamal、揹包演演算法、Rabin、D-H、ECC（橢圓曲線加密演演算法）。

數位簽章：數位簽章是非對稱金鑰加密技術與數位摘要技術的應用。主要演演算法有md5、hmac、sha1等。

以下介紹golang語言主要的加密解密演演算法實現。

md5

MD5資訊摘要演演算法是一種被廣泛使用的密碼雜湊函數，可以產生出一個128位元（16進位制，32個字元）的雜湊值（hash value），用於確保資訊傳輸完整一致。

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

hmac

HMAC是金鑰相關的雜湊運算訊息鑑別碼（Hash-based Message Authentication Code）的縮寫，

它通過一個標準演演算法，在計算雜湊的過程中，把key混入計算過程中。

和我們自定義的加salt演演算法不同，Hmac演演算法針對所有雜湊演演算法都通用，無論是MD5還是SHA-1。採用Hmac替代我們自己的salt演演算法，可以使程式演演算法更標準化，也更安全。

範例

//key隨意設定 data 要加密資料
func Hmac(key, data string) string {
    hash:= hmac.New(md5.New, []byte(key)) // 建立對應的md5雜湊加密演演算法
    hash.Write([]byte(data))
    return hex.EncodeToString(hash.Sum([]byte("")))
}
func HmacSha256(key, data string) string {
    hash:= hmac.New(sha256.New, []byte(key)) //建立對應的sha256雜湊加密演演算法
    hash.Write([]byte(data))
    return hex.EncodeToString(hash.Sum([]byte("")))
}

sha1

SHA-1可以生成一個被稱為訊息摘要的160位元（20位元組）雜湊值，雜湊值通常的呈現形式為40個十六進位制數。

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

AES

密碼學中的高階加密標準（Advanced Encryption Standard，AES），又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES（Data Encryption Standard），已經被多方分析且廣為全世界所使用。AES中常見的有三種解決方案，分別為AES-128、AES-192和AES-256。如果採用真正的128位元加密技術甚至256位加密技術，蠻力攻擊要取得成功需要耗費相當長的時間。

AES 有五種加密模式：

電碼本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）、
密碼分組連結模式（Cipher Block Chaining (CBC)）、
計算器模式（Counter (CTR)）、
密碼反饋模式（Cipher FeedBack (CFB)）
輸出反饋模式（Output FeedBack (OFB)）

ECB模式

出於安全考慮，golang預設並不支援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))
    // 分組分塊加密
    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("原字元：",source)
    //16byte金鑰
    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("解密結果：", decryptCode)
}
func AesEncrypt(orig string, key string) string {
    // 轉成位元組陣列
    origData := []byte(orig)
    k := []byte(key)
    // 分組祕鑰
    // NewCipher該函數限制了輸入k的長度必須為16, 24或者32
    block, _ := aes.NewCipher(k)
    // 獲取祕鑰塊的長度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 補全碼
    origData = PKCS7Padding(origData, blockSize)
    // 加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, k[:blockSize])
    // 建立陣列
    cryted := make([]byte, len(origData))
    // 加密
    blockMode.CryptBlocks(cryted, origData)
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(cryted)
}
func AesDecrypt(cryted string, key string) string {
    // 轉成位元組陣列
    crytedByte, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(cryted)
    k := []byte(key)
    // 分組祕鑰
    block, _ := aes.NewCipher(k)
    // 獲取祕鑰塊的長度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, k[:blockSize])
    // 建立陣列
    orig := make([]byte, len(crytedByte))
    // 解密
    blockMode.CryptBlocks(orig, crytedByte)
    // 去補全碼
    orig = PKCS7UnPadding(orig)
    return string(orig)
}
//二補數
//AES加密資料塊分組長度必須為128bit(byte[16])，金鑰長度可以是128bit(byte[16])、192bit(byte[24])、256bit(byte[32])中的任意一個。
func PKCS7Padding(ciphertext []byte, blocksize int) []byte {
    padding := blocksize - len(ciphertext)%blocksize
    padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    return append(ciphertext, padtext...)
}
//去碼
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. 建立cipher.Block介面
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    //2. 建立分組模式，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("原字元：",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("原字元：",source)
    key:="ABCDEFGHIJKLMNO1"//16位元
    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
}
//二補數
//AES加密資料塊分組長度必須為128bit(byte[16])，金鑰長度可以是128bit(byte[16])、192bit(byte[24])、256bit(byte[32])中的任意一個。
func PKCS7Padding(ciphertext []byte, blocksize int) []byte {
    padding := blocksize - len(ciphertext)%blocksize
    padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    return append(ciphertext, padtext...)
}
//去碼
func PKCS7UnPadding(origData []byte) []byte {
    length := len(origData)
    unpadding := int(origData[length-1])
    return origData[:(length - unpadding)]
}
func main() {
    source:="hello world"
    fmt.Println("原字元：",source)
    key:="1111111111111111"//16位元  32位元均可
    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

首先使用openssl生成公私鑰

package main

import (
    "crypto/rand"
    "crypto/rsa"
    "crypto/x509"
    "encoding/base64"
    "encoding/pem"
    "errors"
    "fmt"
)

// 私鑰生成
//openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024
var privateKey = []byte(`
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
`)

// 公鑰: 根據私鑰生成
//openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem
var publicKey = []byte(`
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDcGsUIIAINHfRTdMmgGwLrjzfM
NSrtgIf4EGsNaYwmC1GjF/bMh0Mcm10oLhNrKNYCTTQVGGIxuc5heKd1gOzb7bdT
nCDPPZ7oV7p1B9Pud+6zPacoqDz2M24vHFWYY2FbIIJh8fHhKcfXNXOLovdVBE7Z
y682X1+R1lRK8D+vmQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
`)

// 加密
func RsaEncrypt(origData []byte) ([]byte, error) {
    //解密pem格式的公鑰
    block, _ := pem.Decode(publicKey)
    if block == nil {
        return nil, errors.New("public key error")
    }
    // 解析公鑰
    pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    // 型別斷言
    pub := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
    //加密
    return rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pub, origData)
}

// 解密
func RsaDecrypt(ciphertext []byte) ([]byte, error) {
    //解密
    block, _ := pem.Decode(privateKey)
    if block == nil {
        return nil, errors.New("private key error!")
    }
    //解析PKCS1格式的私鑰
    priv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    // 解密
    return rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, priv, ciphertext)
}
func main() {
    data, _ := RsaEncrypt([]byte("hello world"))
    fmt.Println(base64.StdEncoding.EncodeToString(data))
    origData, _ := RsaDecrypt(data)
    fmt.Println(string(origData))
}