加密整理

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引言：

根据相关资料（上半部之哈希/下半部之对称和非对称加密）进行整理，方便以后回顾和查阅......

1. Base64
2. MD5、SHA1、SHA256、SHA512、HMAC
3. AES
4. RSA

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一、Base64

1. 算法介绍

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，大家可以查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。Base64编码可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。个人感觉Base64仅仅是一种编码方式（%02X）而不是加密方式如同UTF-8。
它使用 2 的最大次方来代表仅可打印的ASCII字符。在 Base64 中的变量使用字符 A—Z、a—z 和 0 —9 共 62 个字符 , 用来作为 Base64 编码表中的 64 码 , 最后两个用作为数字的符号在不同的系统中而不同。Base64 编码转换的时候,将三个字节的数据 , 先后放入 24 位的缓冲区中 , 先来的字节占高位。如果数据不足 3 个字节 , 将缓冲区中剩下的位用 0 补足。然后 , 每次取出 6 位,按照其值选择ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/ 中的字符作为编码后的输出。不断进行 , 直到全部输入数据转换完成。
Base64 要求把每三个 8Bit 的字节按照每 6Bit 一组的长度分割成四组(3 X 8 = 4 X 6 = 24),然后给每组 6Bit 的数据添加两位高位 0,组成四个新的 8Bit 的字节。也就是说, 转换后的字符串理论上将要比原来的长 1/3。然后将新产生的四个8Bit字节根据转换表映射为 ASCII 字符。(最后两个字符的定义在不同的系统中有所不同)。为了保证所输出的编码位可读字符，Base64制定了一个编码表，以便进行统一转换。编码表的大小为2^6=64，这也是Base64名称的由来。

Base64编码表

如果原文的字节数不是 3 的倍数,即转换到最后 部分时 bit 数不够 6 的倍数时我们规定,不足的 bit 位 使用全 0 来补足,转换后需要在密文的末尾添加 = 号来标注。如果原文剩余 1 字节(即需要补足 4 位 0), 那么就在密文末尾添加两个 = 号,如果原文剩余 2 字节(即需要补足 2 位 0),则添加一个 = 号。

2. 上代码。。。。

在iOS7之前我们一般用的都是第三方框架，比如nicklockwood写的Base64框架还有Google的GTMBase64，虽然苹果有了自己的实现，但是许多其它的加密框架都用到了它，所以还是要了解一下，另外它还提供任意长度字符插入\r\n
，而苹果只能是64或76长度。

Base64存储方式（重要）：

• 可见字符串形式
  为了保证所输出的每一个编码字节都是可读字符，而不是0~63这些数字，Base64制作了一个码表，就像ASCII码表一样，每一个Base64码值都有对应的字符。64个可读字符从0到63非别是A-Z、a-z、0-9、+、/，这也是Base64名字的由来。

• 以16进制形式
  即NSData形式保存，Base64编码结果为字符，而这些字符又对应ASCII码表的码值，NSData就是存储ASCII码表的码值。

示例： 苹果原生API->NSData的扩展：NSData （NSDataBase64Encoding）

假设我们对字符串"123"进行Base64编码，"123"对应的16进制是313233，二进制为00110001 00110010 00110011，将其变为4*** 6结果即下表中的第一行。然后根据Base64的码表，它们分别对应表中的第二行。那么"123"编码的最终结果即为MTIz，以字符串的形式保存。然后根据MTIz对应ASCII码值，以NSData形式存储，如表中的第三行。

转换为4*6结果	00001100	00010011	00001000	00110011
Base64对应字符	M	T	I	z
对应ASCII码值(16进制)	4d	54	49	7a

上面的过程通过代码实现如下：

//1 待编码的原始字符串
NSString *plainStr = @"123";
// 2 将其转换成NSData保存，那么"123"对应的ASCII码表码值是31、32、33（16进制）
NSData *plainData = [plainStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
// 3.1 将其进行Base64编码，且结果以字符串形式保存，对应表中的第二行
NSString *baseStr = [plainData base64EncodedStringWithOptions:0];
// 3.2 将其进行Base64编码，且结果以NSData形式保存
NSData *base64Data = [plainData base64EncodedDataWithOptions:0];

另外对于参数NSDataBase64EncodingOptions选项，有多种取值

• NSDataBase64Encoding64CharacterLineLength：每64个字符插入\r或\n
• NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength：每76个字符插入\r或\n，标准中有要求是76个字符要换行，不过具体还是自己定
• NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn：插入字符为\r
• NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed：插入字符为\n

前两个选项为是否允许插入字符，以及多少个字符长度插入，两个可以选其一或者都不选。后两个选项代表要插入的具体字符。比如我们想76个字符后插入一个\r则可以NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength | NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn
。而在上面举的例子中选项为0，则代表不插入字符。

二、MD5、SHA1、SHA256、SHA512、HMAC

实质是抽取特征码，这样一般不会重复！不同的文本它的哈希结果是有可能相同的，但概率很小。（举例：比如想要识别一个人，我们可以通过他的指纹来锁定他，指纹出现相同的概率很低吧！在这里，人就相当于数据，而指纹就相当于对人这个数据进行hash后得到的结果）
对任意一个二进制数据进行哈希，可以得到定长的字符串结果，例如MD5哈希结果是128bit，更多是以32个字符的十六进制格式哈希输出
还有就是不可逆的，既然是不可逆的，那么当然不是用来加密的，而是签名
以MD5为例说明：（SHA实现换汤不换药，更换实现中的数据格式以及加密算法就ok了）

+ (NSString *)md5EncryptStringWithString:(NSString *)str{
    const char *plain = str.UTF8String;
    unsigned char *digest;
    digest = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
    
    CC_MD5(plain, (CC_LONG)strlen(plain), digest);
    
    NSString *encode = [self stringFromBytes:digest length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    free(digest);
    return encode;
}

+ (NSString *)md5EncryptStringWithData:(NSData *)data{
    
    unsigned char *digest;
    digest = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
    
    CC_MD5(data.bytes, (CC_LONG)data.length, digest);
    
    NSString *encode = [self stringFromBytes:digest length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    free(digest);
    return encode;
}

+ (NSData *)md5EncryptDataWithString:(NSString *)str{
    const char *plain = str.UTF8String;
    unsigned char result[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
    CC_MD5(plain, (CC_LONG)strlen(plain), result);
    
    return [[NSData alloc] initWithBytes:result length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

+ (NSData *)md5EncryptDataWithData:(NSData *)data{
    unsigned char result[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
    CC_MD5(data.bytes, (CC_LONG)data.length, result);
    
    return [NSData dataWithBytes:result length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

补充说明：

1. 

   MD5一些算法

2. 以NSData输出，是以dataWithBytes:length:方法获取（byte和长度）

3. 以NSString输出，苹果没有相关的方法提供，见下面实现

+ (NSString *)stringFromBytes:(uint8_t *)bytes length:(int)length {
    NSMutableString *strM = [NSMutableString string];
    
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        //此处%02X中X的大小写决定了输出字母的大小写
        [strM appendFormat:@"%02X", bytes[i]];
    }
    
    return [strM copy];
}

以HMACMD5为例说明HAMAC：
HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）,HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。个人感觉有秘钥会更安全一点，但是HTTPS才是以后发展王道。。。。。下面实现有字符串输出的依然参考上面stringFromBytes:length:

+ (NSString *)hmacMD5EncryptStringWithString:(NSString *)str andKey:(NSString *)key{
    const char *keyData = key.UTF8String;
    const char *strData = str.UTF8String;
    uint8_t buffer[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
    CCHmac(kCCHmacAlgMD5, keyData, strlen(keyData), strData, strlen(strData), buffer);
    
    
    return [self stringFromBytes:buffer length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

+ (NSString *)hmacMD5EncryptStringWithData:(NSData *)data andKey:(NSString *)key{
    const char *keyData = key.UTF8String;
    //    const char *strData = str.UTF8String
    uint8_t buffer[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
    CCHmac(kCCHmacAlgMD5, keyData, strlen(keyData), [data bytes], [data length], buffer);
    
    
    return [self stringFromBytes:buffer length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}

+ (NSData *)hmacMD5EncryptDataWithString:(NSString *)str andKey:(NSString *)key{
    const char *keyData = key.UTF8String;
    const char *strData = str.UTF8String;
    unsigned char hash[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];

    CCHmac(kCCHmacAlgMD5, keyData, strlen(keyData), strData, strlen(strData), hash);

    return ( [NSData dataWithBytes: hash length: CC_MD5_DIGEST_LENGTH] );
}
+ (NSData *)hmacMD5EncryptDataWithData:(NSData *)data andKey:(NSString *)key{
    const char *keyData = key.UTF8String;
    unsigned char hash[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
    
    CCHmac(kCCHmacAlgMD5, keyData, strlen(keyData), data.bytes, data.length, hash);
    
    return ( [NSData dataWithBytes: hash length: CC_MD5_DIGEST_LENGTH] );
}

三、AES

AES加密过程涉及到4种操作：字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。解密过程分别为对应的逆操作。由于每一步操作都是可逆的，按照相反的顺序进行解密即可恢复明文。加解密中每轮的密钥分别由初始密钥扩展得到。算法中16字节的明文、密文和轮密钥都以一个4x4的矩阵表示。
说明：AES根据秘钥的长度不同分为AES128、AES129、AES256；AES细分又有很多加密模式（ECB、CBC、CFB、OFB），一般开发常用的有ECB和CBC。

• ECB（Electronic Code Book，电子密码本）模式
  是一种基础的加密方式，要加密的数据被分割成分组长度相等的块,不足补齐，然后单独的一个个组加密，合在一起输出组成密文。
  优点: 1.简单； 2.有利于并行计算； 3.误差不会被扩散；
  缺点: 1.不能隐藏明文的模式； 2.可能对明文进行主动攻击；
  因此，此模式适于加密小消息。
• CBC（Cipher Block Chaining，加密块链）模式
  是一种循环模式，也将要加密的数据分割为长度相等的组,不足补齐，前一个分组的密文和当前分组的明文异或操作后再加密，这样做的目的是增强破解难度，会比ECB安全一点。
  优点： 不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。
  缺点： 1.不利于并行计算； 2.误差传递； 3.需要初始化向量IV

AES加密

/// 默认使用kCCOptionPKCS7Padding填充
#define kPaddingMode kCCOptionPKCS7Padding
/*
 默认CBC模式，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesEncryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv {
    NSData *aesKey = [key dataFromHexString];
    if (iv == nil) {
        // 32长度
        iv = @"00000000000000000000000000000000";
    }
    NSData *aesIv = [iv dataFromHexString];
    NSData *resultData = [self aesEncryptWithDataKey:aesKey dataIv:aesIv];
    return [resultData base64EncodedStringWithOptions:0];
}

/*
 默认CBC模式，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesEncryptWithKey:(NSString *)key iv:(NSString *)iv {
    NSData *aesKey = [key dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    if (iv == nil) {
        // 32长度
        iv = @"00000000000000000000000000000000";
    }
    NSData *aesIv = [iv dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSData *resultData = [self aesEncryptWithDataKey:aesKey dataIv:aesIv];
    return [resultData base64EncodedStringWithOptions:0];
}

/*
 CBC模式，返回NSData
 */
- (NSData *)aesEncryptWithDataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv {
    return [self aesEncryptOrDecrypt:kCCEncrypt data:[self dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] dataKey:key dataIv:iv mode:kPaddingMode];
}

/*
 ECB模式，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithHexKey:(NSString *)key {
    NSData *aesKey = [key dataFromHexString];
    NSData *resultData = [self aesECBEncryptWithDataKey:aesKey];
    return [resultData base64EncodedStringWithOptions:0];
}

/*
 ECB模式，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithKey:(NSString *)key {
    NSData *aesKey = [key dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSData *resultData = [self aesECBEncryptWithDataKey:aesKey];
    return [resultData base64EncodedStringWithOptions:0];
}

/*
 ECB模式，返回NSData
 */
- (NSData *)aesECBEncryptWithDataKey:(NSData *)key {
    NSData *aesIv = [@"00000000000000000000000000000000" dataFromHexString];
    return [self aesEncryptOrDecrypt:kCCEncrypt data:[self dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] dataKey:key dataIv:aesIv mode:kPaddingMode | kCCOptionECBMode];
}

AES解密

/*
 默认CBC模式解密，默认string为base64格式
 */
- (NSString *)aesBase64StringDecryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv {
    NSData *aesKey = [key dataFromHexString];
    if (iv == nil) {
        // 32长度
        iv = @"00000000000000000000000000000000";
    }
    NSData *aesIv = [iv dataFromHexString];
    NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:self options:0];
    NSData *resultData = [NSString aesDecryptWithData:data dataKey:aesKey dataIv:aesIv];
    return [[NSString alloc] initWithData:resultData encoding:NSUTF8StringEncoding];
}

/*
 CBC模式解密，返回NSData
 */
+ (NSData *)aesDecryptWithData:(NSData *)data dataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv {
    return [[NSString alloc] aesEncryptOrDecrypt:kCCDecrypt data:data dataKey:key dataIv:iv mode:kPaddingMode];
}

/*
 ECB模式解密，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesECBDecryptWithHexKey:(NSString *)key {
    NSData *aesKey = [key dataFromHexString];
    NSData *resultData = [self aesECBEncryptWithDataKey:aesKey];
    return [[NSString alloc] initWithData:resultData encoding:NSUTF8StringEncoding];;
}

/*
 ECB模式解密，返回NSData
 */
- (NSData *)aesECBDecryptWithDataKey:(NSData *)key {
    NSData *aesIv = [@"00000000000000000000000000000000" dataFromHexString];
    return [self aesEncryptOrDecrypt:kCCDecrypt data:[self dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding] dataKey:key dataIv:aesIv mode:kPaddingMode | kCCOptionECBMode];
}

补充说明：
这个运算会根据传入key的长度进行识别,只是加密的轮数不同

- (NSData *)aesEncryptOrDecrypt:(CCOperation)option data:(NSData *)data dataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv mode:(int)mode{
    // check length of key and iv
    if ([iv length] != 16) {
        @throw [NSException exceptionWithName:@"Encrypt"
                                       reason:@"Length of iv is wrong. Length of iv should be 16(128bits)"
                                     userInfo:nil];
    }
    if ([key length] != 16 && [key length] != 24 && [key length] != 32 ) {
        @throw [NSException exceptionWithName:@"Encrypt"
                                       reason:@"Length of key is wrong. Length of iv should be 16, 24 or 32(128, 192 or 256bits)"
                                     userInfo:nil];
    }
    
    // setup output buffer
    size_t bufferSize = [data length] + kCCBlockSizeAES128;
    void *buffer = malloc(bufferSize);
    
    // do encrypt
    size_t encryptedSize = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(option,
                                          kCCAlgorithmAES128,
                                          mode,
                                          [key bytes],     // Key
                                          [key length],    // kCCKeySizeAES
                                          [iv bytes],      // IV
                                          [data bytes],
                                          [data length],
                                          buffer,
                                          bufferSize,
                                          &encryptedSize);
    NSData *resultData = nil;
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        NSData *resultData = [NSData dataWithBytes:buffer length:encryptedSize];        
        free(buffer);
        return resultData;
    } else {
        free(buffer);
        @throw [NSException exceptionWithName:@"Encrypt"
                                       reason:@"Encrypt Error!"
                                     userInfo:nil];
        return resultData;
    }
    return resultData;
}

四、RSA

使用说明

假设A、B双方均拥有一对公私钥(PUB_A、PRI_A、PUB_B、PRI_B)。

A向B发送Message的整个签名和加密的过程如下：

1. A先使用HASH对Message生成一个固定长度的信息摘要Message_hash_A
2. A使用A的私钥PRI_A对Message_hash_A进行签名得到Message_sign（这里为什么不直接对Message进行签名，而要对Message_hash_A进行签名呢？因为Message的长度可能很长，而Message_hash_A的长度则是固定的，这样性能更高，格式也固定，况且hash的结果一般不会出现重复的可能）
3. A接着使用B的公钥PUB_B对信息Message和信息Message_sign进行加密得到Message_RSA，这时A将Message_RSA发送给B。

当B接收到A的信息Message_RSA后，获取Message的步骤如下：

1. B用自己的私钥PRI_B解密得到明文：Message和Message_sign；
2. 然后B使用A的公钥PUB_A解Message_sign得到Message_hash_A；同时，B再对Message使用与A相同的HASH得到Message_hash_B；
3. 如果Message_hash_A与Message_hash_B相同，则说明Message没有被篡改过。

秘钥生成方法
先cd 一个文件夹 生成的pem文件就在这个文件夹下面，以文本编辑器方式打开。。。。。

• 生成私钥，1024bit，PKCS1Padding格式,Base64编码

命令行：openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024

结果如下：
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----

• 根据上面的私钥生成公钥

命令行：openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout

结果如下：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDOxoZIsFbFMeR0OWnc/sF5A3Gj
0BWsoClQW3BKgvMQ85ZXVCM67g6XItl5sSW2EyMaIeQ8tRsM0HI4oCvlOMjSVgdy
ZmqbUfaZDoDYPW2pDbLqMDr/o1eKxYpssbAyH6ZDyJeTOEu9yF7XUsIilokzc0D9
i+uPc8yp/vLYTPDJEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----

• 将私钥生成pkcs8格式，可在iOS工程中直接使用

openssl pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt

结果：
-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----