golang中的加密方式总结

缘起

因为项目中使用mysql的AES_DECRYPT方法,欲使用golang实现该方法, 但是研究了半天没明白怎么回事, 最后才发现golang当前默认支持CBC的方式,但是mysql当前使用的是ECB模式, 所以需要使用者分组分块加密,特总结一下golang中的各个加密算法

关于密码学

当前我们项目中常用的加解密的方式无非三种.
对称加密, 加解密都使用的是同一个密钥, 其中的代表就是AES
非对加解密, 加解密使用不同的密钥, 其中的代表就是RSA
签名算法, 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

AES

AES：高级加密标准（Advanced Encryption Standard），又称Rijndael加密法，这个标准用来替代原先的DES。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。

块：对明文进行加密的时候，先要将明文按照128bit进行划分。

填充方式：因为明文的长度不一定总是128的整数倍，所以要进行补位，我们这里采用的是PKCS7填充方式

AES实现的方式多样, 其中包括ECB、CBC、CFB、OFB等

1.电码本模式（Electronic Codebook Book (ECB)）
将明文分组加密之后的结果直接称为密文分组。

2.密码分组链接模式（Cipher Block Chaining (CBC)）
将明文分组与前一个密文分组进行XOR运算，然后再进行加密。每个分组的加解密都依赖于前一个分组。而第一个分组没有前一个分组，因此需要一个初始化向量

3.计算器模式（Counter (CTR)）

4.密码反馈模式（Cipher FeedBack (CFB)）
前一个密文分组会被送回到密码算法的输入端。
在CBC和EBC模式中，明文分组都是通过密码算法进行加密的。而在CFB模式中，明文分组并没有通过加密算法直接进行加密，明文分组和密文分组之间只有一个XOR。

5.输出反馈模式（Output FeedBack (OFB)）

加密模式	对应加解密方法
CBC	NewCBCDecrypter, NewCBCEncrypter
CTR	NewCTR
CFB	NewCFBDecrypter, NewCFBEncrypter
OFB	NewOFB

相关示例见: https://golang.org/src/crypto...

1.CBC模式, 最常见的使用的方式

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)]
}

2.ECB模式: mysql中AES_DECRYPT函数的实现方式

主要关注三点:
1.调用aes.NewCipher([]byte)是加密关键字key的生成方式, 即下面的generateKey方法
2.分组分块加密的加密方式
3.mysql中一般需要HEX函数来转化数据格式
加密: HEX(AES_ENCRYPT('关键信息', '***—key'))
解密: AES_DECRYPT(UNHEX('关键信息'), '***-key’)
所以调用AESEncrypt或者AESDecrypt方法之后, 使用hex.EncodeToString()转化

代码参考: https://github.com/fkfk/mysql...

package mysqlcrypto

import (
    "crypto/aes"
)

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
}

CFB模式

代码来源: https://golang.org/src/crypto...

func ExampleNewCFBDecrypter() {
    // Load your secret key from a safe place and reuse it across multiple
    // NewCipher calls. (Obviously don't use this example key for anything
    // real.) If you want to convert a passphrase to a key, use a suitable
    // package like bcrypt or scrypt.
    key, _ := hex.DecodeString("6368616e676520746869732070617373")
    ciphertext, _ := hex.DecodeString("7dd015f06bec7f1b8f6559dad89f4131da62261786845100056b353194ad")

    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // The IV needs to be unique, but not secure. Therefore it's common to
    // include it at the beginning of the ciphertext.
    if len(ciphertext) < aes.BlockSize {
        panic("ciphertext too short")
    }
    iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
    ciphertext = ciphertext[aes.BlockSize:]

    stream := cipher.NewCFBDecrypter(block, iv)

    // XORKeyStream can work in-place if the two arguments are the same.
    stream.XORKeyStream(ciphertext, ciphertext)
    fmt.Printf("%s", ciphertext)
    // Output: some plaintext
}

func ExampleNewCFBEncrypter() {
    // Load your secret key from a safe place and reuse it across multiple
    // NewCipher calls. (Obviously don't use this example key for anything
    // real.) If you want to convert a passphrase to a key, use a suitable
    // package like bcrypt or scrypt.
    key, _ := hex.DecodeString("6368616e676520746869732070617373")
    plaintext := []byte("some plaintext")

    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // The IV needs to be unique, but not secure. Therefore it's common to
    // include it at the beginning of the ciphertext.
    ciphertext := make([]byte, aes.BlockSize+len(plaintext))
    iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
        panic(err)
    }

    stream := cipher.NewCFBEncrypter(block, iv)
    stream.XORKeyStream(ciphertext[aes.BlockSize:], plaintext)

    // It's important to remember that ciphertexts must be authenticated
    // (i.e. by using crypto/hmac) as well as being encrypted in order to
    // be secure.
    fmt.Printf("%x\n", ciphertext)
}

RSA

首先使用openssl生成公私钥

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

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

// 公钥: 根据私钥生成
//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格式的公钥
    block, _ := pem.Decode(publicKey)
    if block == nil {
        return nil, errors.New("public key error")
    }
    // 解析公钥
    pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    // 类型断言
    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格式的私钥
    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))
} 

散列算法

// sha256加密字符串
str := "hello world"
sum := sha256.Sum256([]byte(str))
fmt.Printf("SHA256：%x\n", sum)

// sha256加密文件内容
func fileSha156() {
    file, err := os.OpenFile("e:/test.txt", os.O_RDONLY, 0777)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    defer file.Close()

    h := sha256.New()
    // 将文件内容拷贝到sha256中
    io.Copy(h, file)
    fmt.Printf("%x\n", h.Sum(nil))
}

// md5加密 
result := md5.Sum([]byte(str))
fmt.Printf("MD5：%x\n", result)

参考文档

• golang中几种加密方式的处理
• 对称加密算法和分组密码的模式