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RSA、Elgamal、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与数字摘要技术的应用。主要算法有md5、hmac、sha1等。

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("")))
}

sha1

SHA-1可以生成一个被称为消息摘要的160位（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("")))
}

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)和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？

在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encoding和crypto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