iOS AES加密(主要使用CFB模式)

前言
1. 介绍
- 1.1 AES是什么？
- 1.2 AES详解
- 1.3 实现原理和比较
- 1.4 模式和填充选择
2. 经验总结
- 2.1 加密模式和填充方式的确定
- 2.2 填充方式的选择
- 2.3 选错填充方式的补救
- 2.4 代码思路
- 2.5 加密方法的实现
  - 2.5.1 NSData 扩展实现加密解密
  - 2.5.2 NSString 扩展实现使用过程

前言

首先，希望大家耐心点，这个加密我也是弄很久才出来的，辛辛苦苦整理的博客，介绍大概概念就进入正题！

上面是基本介绍，后面是个人经历的问题及解决方案，希望你们耐心看，不要踩我进过的坑啦！祝你们都能顺利解决问题✌️

1. 介绍

1.1 AES是什么？

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称 Rijndael 加密法。AES 是一个对称分组密码算法，旨在取代 DES 成为广泛使用的标准。

1.2 AES详解

AES 根据使用密码长度有三种方案以应对不同的场景要求，分别是 AES-128、AES-192 和 AES-256。加密模式有四种，分别是 ECB(Elecyronic Code Book,电子密码本)、CBC(Cipher Block Chaining,加密块链)、CFB(Cipher FeedBack Mode,加密反馈)、OFB(Output FeedBack,输出反馈)。

需要和后台统一四个东西：秘钥长度、加密模式、填充方式、初始向量(也称偏移量，ECB模式不需要)。

定义中说到 AES 是一个对称分组密码算法，加密原理如图：

AES 加密原理

1.3 实现原理和比较

这个就比较深入啦，有兴趣的自行查看~

实现原理

高级加密标准AES的工作模式（ECB、CBC、CFB、OFB）

比较

AES五种加密模式（CBC、ECB、CTR、OCF、CFB）

1.4 模式和填充选择

真正跨平台的AES加密/解密方案. 支持 Java,C,nodeJs,Android,IOS...

算法/模式/填充	16字节加密后数据长度	不满16字节加密后长度
AES/CBC/NoPadding	16	不支持
AES/CBC/PKCS5Padding	32	16
AES/CBC/ISO10126Padding	32	16
AES/CFB/NoPadding	16	原始数据长度
AES/CFB/PKCS5Padding	32	16
AES/CFB/ISO10126Padding	32	16
AES/ECB/NoPadding	16	不支持
AES/ECB/PKCS5Padding	32	16
AES/ECB/ISO10126Padding	32	16
AES/OFB/NoPadding	16	原始数据长度
AES/OFB/PKCS5Padding	32	16
AES/OFB/ISO10126Padding	32	16
AES/PCBC/NoPadding	16	不支持
AES/PCBC/PKCS5Padding	32	16
AES/PCBC/ISO10126Padding	32	16

PKCS7Padding VS PKCS5Padding：
PKCS5Padding 的 blocksize 为8字节，而 PKCS7Padding 的 blocksize 可以为1到255字节。

需要注意点：
1. iOS只支持 PKCS7Padding 填充方式；Java 支持 PKCS5Padding 但不支持 PKCS7Padding，不过不要担心，上面说的区别我也不懂，实际中倒是一样；
2. node.js 在 AES 加密上和其他语言有略不同，它系统自带方法对 Key 进行过 MD5 处理。

2. 经验总结

2.1 加密模式和填充方式的确定

首先，一定要确认使用的加密模式和填充方式！！！因为我接到任务的时候邮件里只给了 key 和 iv，没有说清楚，而 iOS 默认的是 CBC 模式，Android 是 CFB 模式一下就 OK 了，我调了半天不行，看了 Android 的代码才醒悟过来。。。。。。

我的项目中，后台使用的是AES/CFB/PKCS7Padding，Android 使用的是AES/CFB/PKCS5Padding。

2.2 填充方式的选择

其次，填充方式的选择：按照上面来看，我使用 AES/CFB/PKCS7Padding 就可以了哈。
然而，iOS 有的加密方法，只有 CCCryptorCreateWithMode 可以设置除了默认的 CBC 、ECB 之外的其他模式，所以就用它啦，其方法如下：

CCCryptorStatus status = CCCryptorCreateWithMode(operation,
                                                     kCCModeCFB,
                                                     kCCAlgorithmAES,
                                                     ccPKCS7Padding,
                                                     iv,
                                                     key,
                                                     keyStr.length,
                                                     NULL,
                                                     0,
                                                     0,
                                                     0,
                                                     &cryptor);

这里的 padding 除了 ccPKCS7Padding，还有 ccNoPadding 不填充两种选择。我试了两个的加密结果是一样的，使用 ccPKCS7Padding 并没有自动填充。（可能其他模式可以，总不能有这个还不能用吧。但是我没有查到 AES/CFB/PKCS7Padding 为什么不填充，如果小伙伴知道还请告知哦！）

所以我就先试试 ccNoPadding 不填充模式。举例如下：

原字符串：@"hello中国"
原数据 Data：<68656c6c 6fe4b8ad e59bbd>

Java 的PKCS5Padding方式加密后的字符串：QReiy/Ddik50cXQ=
iOS 的ccNoPadding加密后的字符串：QReiy/DRrn92WV8=

加密结果当然不一致，下面对 Java 加密字符串解密后进行分析：

iOS 的ccNoPadding对 Java 加密字符串解密后 data：<68656c6c 6fe4b8ad e59bbd05 05050505>
iOS 的ccNoPadding对加密字符串解密后 string：@"hello中国\x05\x05\x05\x05\x05"（这里要注意解密后的字符串在控制台输出是没问题的，但是实际是有多余的，如图：）

可以看出来，因为一个是PKCS5Padding，一个是ccNoPadding 会有填充模式上导致的数据差异。相信看过上面几篇文章的应该明白了。

如果 Java 加密的填充方式也是用ccNoPadding，那么解出来的就不会有多余填充了。也就是说应该三方都保持同样的ccNoPadding填充方式，我和 Android 测试过（注意 Android 那边应该是 NoPadding书写方式）。

但是后台那边说多个地方都已经使用 PKCS7Padding。哎，也是怪我这边没有早点弄清楚这个问题，没有统一好使用方式。希望大家一切顺利！当然解决办法还是有的~~~

2.3 选错填充方式的补救

对此，只能我这边采取措施和 Android 、后台保持一致了。
也就是解密后台给的数据的时，截掉多余的填充；加密传输时，加密后，补充需要填充的数据。这里主要是对 NSData 的操作。

注意：加解密的步骤（ase64、URL Encode、有的还有字符串替换）不同公司可能采取方式不同，要对接好。

2.4 代码思路

iOS 实现对称加密多种填充方式(ANSIX923、ISO10126、Zero)

在我的项目中，对 NSData 进行填充补位和删除，我们需要了解 PKCS7Padding 的填充方式：

需要填充的字节长度 = (块长度 - (数据长度 % 块长度))

假定块长度为 8，数据长度为 3，则填充字节数等于 5。
原数据为： FF FF FF 
填充结果： FF FF FF 05 05 05 05 05

假定块长度为 8，数据长度为 8，则填充字节数等于 8。
原数据为： FF FF FF FF FF FF FF FF
填充结果： FF FF FF FF FF FF FF FF 08 08 08 08 08 08 08 08

差多少补多少，不差就补一个块。

当然我采坑的过程中没那么顺利，在此想提醒大家这种不熟悉的任务一定要多批量复杂数据，不能简简单单测试简单少量数据就行了，早发现早解决。

2.5 加密方法的实现

2.5.1 NSData 扩展实现加密解密

NSData+EHIExtension.h：

#import 
#include 

interface NSData (EHIExtension)

/** AES解密：CFB模式 */
- (NSData *)aes256ByCFBModeWithOperation:(CCOperation)operation key:(NSString *)keyStr iv:(NSString *)ivStr;

end

NSData+EHIExtension.m：

#import "NSData+EHIExtension.h"

/** AES加密位数 */
static NSInteger const kEHIAESMode = 16;

@implementation NSData (EHIExtension)

/** AES解密：CFB模式 */
- (NSData *)aes256ByCFBModeWithOperation:(CCOperation)operation key:(NSString *)keyStr iv:(NSString *)ivStr {
    NSData *originData = self;
    if (operation == kCCEncrypt) {
        // 加密:位数不够的补全
        originData = [self fullData:originData mode:kEHIAESMode];
    }
    
    const char *iv = [[ivStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] bytes];
    const char *key = [[keyStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] bytes];
    
    // 加密/解密
    CCCryptorRef cryptor = NULL;
    CCCryptorStatus status = CCCryptorCreateWithMode(operation,
                                                     kCCModeCFB,
                                                     kCCAlgorithmAES,
                                                     ccNoPadding,
                                                     iv,
                                                     key,
                                                     keyStr.length,
                                                     NULL,
                                                     0,
                                                     0,
                                                     0,
                                                     &cryptor);
    if (status != kCCSuccess) {
        NSLog(@"AES加密/解密失败 error: %@", @(status));
        return nil;
    }
    
    // 输出加密/解密数据
    NSUInteger inputLength = originData.length;
    char *outData = malloc(inputLength);
    memset(outData, 0, inputLength);
    
    size_t outLength = 0;
    CCCryptorUpdate(cryptor, originData.bytes, inputLength, outData, inputLength, &outLength);
    NSData *resultData = [NSData dataWithBytes:outData length:outLength];
    
    CCCryptorRelease(cryptor);
    free(outData);
    
    if (operation == kCCDecrypt) {
        // 解密:位数多的删除
        resultData = [self deleteData:resultData mode:kEHIAESMode];
    }
    return resultData;
}

/** 加密:位数不够的补全
    补位规则：1.length=13,补5位05
            2.length=16,补16位ff */
- (NSData *)fullData:(NSData *)originData mode:(NSUInteger)mode {
    NSMutableData *tmpData = [[NSMutableData alloc] initWithData:originData];
    // 确定要补全的个数
    NSUInteger shouldLength = mode * ((tmpData.length / mode) + 1);
    NSUInteger diffLength = shouldLength - tmpData.length;
    uint8_t *bytes = malloc(sizeof(*bytes) * diffLength);
    for (NSUInteger i = 0; i < diffLength; i++) {
        // 补全缺失的部分
        bytes[i] = diffLength;
    }
    [tmpData appendBytes:bytes length:diffLength];
    return tmpData;
}

/** 解密:位数多的删除
    删位规则：最后一位数字在1-16之间,且连续n位相同n数字 */
- (NSData *)deleteData:(NSData *)originData mode:(NSUInteger)mode {
    NSMutableData *tmpData = [[NSMutableData alloc] initWithData:originData];
    Byte *bytes = (Byte *)tmpData.bytes;
    Byte lastNo = bytes[tmpData.length - 1];
    if (lastNo >= 1 && lastNo <= mode) {
        NSUInteger count = 0;
        // 确定多余的部分正确性
        for (NSUInteger i = tmpData.length - lastNo; i < tmpData.length; i++) {
            if (lastNo == bytes[i]) {
                count ++;
            }
        }
        if (count == lastNo) {
            // 截取正常的部分
            NSRange replaceRange = NSMakeRange(0, tmpData.length - lastNo);
            return [tmpData subdataWithRange:replaceRange];
        }
    }
    return originData;
}

2.5.2 NSString 扩展实现使用过程

NSString+EHIAES.h：

#import 

interface NSString (EHIAES)

/** AES解密 */
- (NSString *)aes256Decrypt;

/** AES加密 */
- (NSString *)aes256Encrypt;

@end

NSString+EHIAES.m：

#import "NSString+EHIAES.h"
#import "NSString+YYAdd.h"
#import "NSData+YYAdd.h"
#import "NSData+EHIExtension.h"
#import "GTMBase64.h"

/** AES加密：key */
static NSString * const kAESKey = @""; // 32位
/** AES加密：iv */
static NSString * const kAESIv = @""; // 16位

@implementation NSString (EHIAES)

/** AES解密 */
- (NSString *)ehi_aes256Decrypt {
    // 1.Base64 Decode
    NSData *base64DecodeData = [NSData dataWithBase64EncodedString:self];
    // 1.Aes256 解密
    NSData *decodeData = [base64DecodeData aes256ByCFBModeWithOperation:kCCDecrypt key:kAESKey iv:kAESIv];
    NSString *decodeStr = [[NSString alloc] initWithData:decodeData encoding:NSUTF8StringEncoding];
    if ([NSString isNilOrEmpty:decodeStr]) {
        // 解密失败
        return nil;
    }
    return decodeStr;
}

/** AES加密 */
- (NSString *)ehi_aes256Encrypt {
    NSData *originData = [self dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    // 1.Aes256 加密
    NSData *encodeData = [originData aes256ByCFBModeWithOperation:kCCEncrypt key:kAESKey iv:kAESIv];
    // 2.Base64 Encode
    NSString *base64EncodeStr = [encodeData base64EncodedString];
    return base64EncodeStr;
}

@end