go包：crypto-aes 对称加密

1.介绍

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），又称Rijndael加密法（荷兰语发音：[ˈrɛindaːl]，音似英文的“Rhine doll”），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，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。现在，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的[算法之一。

该算法为比利时密码学家Joan Daemen和Vincent Rijmen所设计，结合两位作者的名字，以Rijndael为名投稿高级加密标准的甄选流程。

2. 电码本模式(`ECB`)

2.1 加密

a.代码

// 加密
func AesEncryptByECB(data, key string) string {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // 密钥和待加密数据转成[]byte
    originByte := []byte(data)
    keyByte := []byte(key)
    // 创建密码组，长度只能是16、24、32字节
    block, _ := aes.NewCipher(keyByte)
    // 获取密钥长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 补码
    originByte = PKCS7Padding(originByte, blockSize)
    // 创建保存加密变量
    encryptResult := make([]byte, len(originByte))
    // CEB是把整个明文分成若干段相同的小段，然后对每一小段进行加密
    for bs, be := 0, blockSize; bs < len(originByte); bs, be = bs+blockSize, be+blockSize {
        block.Encrypt(encryptResult[bs:be], originByte[bs:be])
    }
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(encryptResult)
}
// 补码
func PKCS7Padding(originByte []byte, blockSize int) []byte {
    // 计算补码长度
    padding := blockSize - len(originByte)%blockSize
    // 生成补码
    padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    // 追加补码
    return append(originByte, padText...)
}

b.测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
// 加密
func TestECBEncrypt(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    data := "hello word"
    s := crypto.AesEncryptByECB(data, key)
    fmt.Printf("加密密钥: %v \n", key)
    fmt.Printf("加密数据: %v \n", data)
    fmt.Printf("加密结果: %v \n", s)
}
/** 输出
=== RUN   TestECBEncrypt
加密密钥: aaaaaaaaaaaaaaaa 
加密数据: hello word 
加密结果: mMAsLF/fPBfUrP0mPqZm1w== 
--- PASS: TestECBEncrypt (0.00s)
PASS
*/

2.2 解密

a.代码

// 解密
func AesDecryptByECB(data, key string) string {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // 反解密码base64
    originByte, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(data)
    // 密钥和待加密数据转成[]byte
    keyByte := []byte(key)
    // 创建密码组，长度只能是16、24、32字节
    block, _ := aes.NewCipher(keyByte)
    // 获取密钥长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 创建保存解密变量
    decrypted := make([]byte, len(originByte))
    for bs, be := 0, blockSize; bs < len(originByte); bs, be = bs+blockSize, be+blockSize {
        block.Decrypt(decrypted[bs:be], originByte[bs:be])
    }
    // 解码
    return string(PKCS7UNPadding(decrypted))
}
// 解码
func PKCS7UNPadding(originDataByte []byte) []byte {
    length := len(originDataByte)
    unpadding := int(originDataByte[length-1])
    return originDataByte[:(length-unpadding)]
}

b.测试

// 解密
func TestECBDecrypt(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    data := "mMAsLF/fPBfUrP0mPqZm1w=="
    s := crypto.AesDecryptByECB(data, key)
    fmt.Printf("解密密钥: %v \n", key)
    fmt.Printf("解密数据: %v \n", data)
    fmt.Printf("解密结果: %v \n", s)
}
/** 输出
=== RUN   TestECBDecrypt
解密密钥: aaaaaaaaaaaaaaaa 
解密数据: mMAsLF/fPBfUrP0mPqZm1w== 
解密结果: hello word 
--- PASS: TestECBDecrypt (0.00s)
PASS
*/

3. 密码分组链模式(`CBC`)

3.1 加密

a.代码

// AES加密
func AesEncryptByCBC(str, key string) string {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // 待加密字符串转成byte
    originDataByte := []byte(str)
    // 秘钥转成[]byte
    keyByte := []byte(key)
    // 创建一个cipher.Block接口。参数key为密钥，长度只能是16、24、32字节
    block, _ := aes.NewCipher(keyByte)
    // 获取秘钥长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 补码填充
    originDataByte = PKCS7Padding(originDataByte, blockSize)
    // 选用加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, keyByte[:blockSize])
    // 创建数组，存储加密结果
    encrypted := make([]byte, len(originDataByte))
    // 加密
    blockMode.CryptBlocks(encrypted, originDataByte)
    // []byte转成base64
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(encrypted)
}
// 补码
func PKCS7Padding(originByte []byte, blockSize int) []byte {
    // 计算补码长度
    padding := blockSize - len(originByte)%blockSize
    // 生成补码
    padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    // 追加补码
    return append(originByte, padText...)
}

b.测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
// AES加密
func TestAesEncryptByCBC(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    fmt.Printf("key: %v 长度: %d \n", key, len(key))
    text := "abc"
    fmt.Printf("带加密文案: %v \n", text)
    encrypt := crypto.AesEncryptByCBC(text, key)
    fmt.Printf("加密结果: %v \n", encrypt)
}
/** 输出
=== RUN   TestAesEncryptByCBC
key: aaaaaaaaaaaaaaaa 长度: 16 
带加密文案: abc 
加密结果: rMX6r9x+PnTOhfgDH4jjXg== 
--- PASS: TestAesEncryptByCBC (0.00s)
PASS
*/

3.2 解密

a.代码

// 解密
func AesDecryptByCBC(encrypted,key string) string  {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // encrypted密文反解base64
    decodeString, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(encrypted)
    // key 转[]byte
    keyByte := []byte(key)
    // 创建一个cipher.Block接口。参数key为密钥，长度只能是16、24、32字节
    block, _ := aes.NewCipher(keyByte)
    // 获取秘钥块的长度
    blockSize := block.BlockSize()
    // 选择加密模式
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, keyByte[:blockSize])
    // 创建数组，存储解密结果
    decodeResult := make([]byte, blockSize)
    // 解密
    blockMode.CryptBlocks(decodeResult,decodeString)
    // 解码
    padding := PKCS7UNPadding(decodeResult)
    return string(padding)
}
// 解码
func PKCS7UNPadding(originDataByte []byte) []byte {
    length := len(originDataByte)
    unpadding := int(originDataByte[length-1])
    return originDataByte[:(length-unpadding)]
}

b.测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
// AES解密
func TestAesDecryptByCBC(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    fmt.Printf("key: %v 长度: %d \n", key, len(key))
    text := "rMX6r9x+PnTOhfgDH4jjXg=="
    fmt.Printf("待解密文案: %v \n", text)
    decrypt := crypto.AesDecryptByCBC(text, key)
    fmt.Printf("解密结果: %v \n", decrypt)
}

/** 输出
=== RUN   TestAesDecryptByCBC
key: aaaaaaaaaaaaaaaa 长度: 16 
待解密文案: rMX6r9x+PnTOhfgDH4jjXg== 
解密结果: abc 
--- PASS: TestAesDecryptByCBC (0.00s)
PASS
*/

4. 计算器模式(`CTR`)

4.1 加密

a.代码

// 加密,分别返回 hex格式和base64 结果
func AesEncryptByCTR(data, key string) (string,string) {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // 转成byte
    dataByte := []byte(data)
    keyByte := []byte(key)
    // 创建block
    block, err := aes.NewCipher(keyByte)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewCipher error:%s",err))
    }
    blockSize := block.BlockSize()
    // 创建偏移量iv,取秘钥前16个字符
    iv := []byte(key[:blockSize])
    // 补码
    padding := PKCS7Padding(dataByte, blockSize)
    // 加密模式
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)
    // 定义保存结果变量
    out := make([]byte,len(padding))
    stream.XORKeyStream(out,padding)
    // 处理加密结果
    hexRes := fmt.Sprintf("%x",out)
    base64Res := base64.StdEncoding.EncodeToString(out)
    return hexRes,base64Res
}
// 补码
func PKCS7Padding(originByte []byte, blockSize int) []byte {
    // 计算补码长度
    padding := blockSize - len(originByte)%blockSize
    // 生成补码
    padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
    // 追加补码
    return append(originByte, padText...)
}

b.测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
// 测试AES-CTR加密
func TestAesEncryptByCTR(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    data := "hello word"
    hex, base64 := crypto.AesEncryptByCTR(data, key)
    fmt.Printf("加密key: %v \n", key)
    fmt.Printf("加密key长度: %v \n", len(key))
    fmt.Printf("加密数据: %v \n", data)
    fmt.Printf("加密结果(hex): %v \n", hex)
    fmt.Printf("加密结果(base64): %v \n", base64)
}
/** 输出
=== RUN   TestAesEncryptByCTR
加密key: aaaaaaaaaaaaaaaa 
加密key长度: 16 
加密数据: hello word 
加密结果(hex): 39edaa2b2402fbd2a026ef1458b81b55 
加密结果(base64): Oe2qKyQC+9KgJu8UWLgbVQ== 
--- PASS: TestAesEncryptByCTR (0.00s)
PASS
*/

4.2 解密

a.代码

// 解密
func AesDecryptByCTR(dataBase64,key string)  string {
    // 判断key长度
    keyLenMap := map[int]struct{}{16: {}, 24: {}, 32: {}}
    if _,ok := keyLenMap[len(key)]; !ok {
        panic("key长度必须是 16、24、32 其中一个")
    }
    // dataBase64转成[]byte
    decodeStringByte, err := base64.StdEncoding.DecodeString(dataBase64)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("base64 DecodeString error: %s",err))
    }
    // 创建block
    block, err := aes.NewCipher([]byte(key))
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewCipher error: %s",err))
    }
    blockSize := block.BlockSize()
    // 创建偏移量iv,取秘钥前16个字符
    iv := []byte(key[:blockSize])
    // 创建Stream
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)
    // 声明变量
    out := make([]byte,len(decodeStringByte))
    // 解密
    stream.XORKeyStream(out,decodeStringByte)
    // 解密加密结果并返回
    return string(PKCS7UNPadding(out))
}

b.测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
// 测试AES-CTR解密
func TestAesDecryptByCTR(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    data := "Oe2qKyQC+9KgJu8UWLgbVQ=="
    res := crypto.AesDecryptByCTR(data, key)
    fmt.Printf("解密key: %v \n", key)
    fmt.Printf("解密数据: %v \n", data)
    fmt.Printf("解密结果: %v \n", res)
}
/** 输出
=== RUN   TestAesDecryptByCTR
解密key: aaaaaaaaaaaaaaaa 
解密数据: Oe2qKyQC+9KgJu8UWLgbVQ== 
解密结果: hello word 
--- PASS: TestAesDecryptByCTR (0.00s)
PASS
*/

5. CFB、OFB

和CTR模式一样，只需要修改加密模式即可,查看具体源码 https://github.com/52lu/go-study-example

// CFB
...
stream := cipher.NewCFBDecrypter(block, iv)
...
// OFB
...
stream := cipher.NewOFB(block, iv)
...

不理解的点: 在学习使用中,发现CFB/OFB/CTR 在加密很短的字符串时，发现加密结果一致。

func TestAesEncryptByOFB(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a", 16)
    data := "123"
    _, base64 := crypto.AesEncryptByOFB(data, key)
    _, base642 := crypto.AesEncryptByCTR(data, key)
    _, base643 := crypto.AesEncryptByCFB(data, key)
    fmt.Printf("加密key: %v \n", key)
    fmt.Printf("加密key长度: %v \n", len(key))
    fmt.Printf("加密数据: %v \n", data)
    fmt.Printf("加密结果(OFB): %v \n", base64)
    fmt.Printf("加密结果(CTR): %v \n", base642)
    fmt.Printf("加密结果(CFB): %v \n", base643)
}
/** 输出
=== RUN   TestAesEncrypt
加密key: aaaaaaaaaaaaaaaa 
加密key长度: 16 
加密数据: 123 
加密结果(OFB): YLr1SkYvgbDfT+QfU7MQXg== 
加密结果(CTR): YLr1SkYvgbDfT+QfU7MQXg== 
加密结果(CFB): YLr1SkYvgbDfT+QfU7MQXg== 
--- PASS: TestAesEncrypt (0.00s)
PASS

6.AES-GCM

GCM 全称为Galois/Counter Mode，可以看出 G 是指 GMAC，C 是指 CTR。它在 CTR 加密的基础上增加 GMAC 的特性，解决了 CTR 不能对加密消息进行完整性校验的问题。

6.1 加密

// 加密(GCM 不需要补码)
func AesEncryptByGCM(data, key string) string {
    block, err := aes.NewCipher([]byte(key))
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewCipher error:%s", err))
    }
    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewGCM error:%s", err))
    }
    // 生成随机因子(这里固定取密钥指定位数)
    //nonce := make([]byte, gcm.NonceSize())
    //if _,err := io.ReadFull(rand.Reader,nonce); err != nil {
    //    panic(fmt.Sprintf("make rand nonce error:%s", err))
    //}
    nonceStr := key[:gcm.NonceSize()]
    nonce := []byte(nonceStr)
    fmt.Printf("nonceStr = %v \n", nonceStr)
    seal := gcm.Seal(nonce, nonce, []byte(data), nil)
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(seal)
}

6.2 解密

// 解密(GCM 不需要解码)
func AesDecryptByGCM(data, key string) string {
    // 反解base64
    dataByte,err := base64.StdEncoding.DecodeString(data)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("base64 DecodeString error:%s", err))
    }
    block, err := aes.NewCipher([]byte(key))
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewCipher error:%s", err))
    }
    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("NewGCM error:%s", err))
    }
    nonceSize := gcm.NonceSize()
    if len(dataByte) < nonceSize {
        panic("dataByte to short")
    }
    nonce, ciphertext := dataByte[:nonceSize], dataByte[nonceSize:]
    open, err := gcm.Open(nil, nonce, ciphertext, nil)
    if err != nil {
        panic(fmt.Sprintf("gcm Open error:%s", err))
    }
    return string(open)
}

6.3 测试

package crypto
import (
    "52lu/go-study-example/package/crypto"
    "fmt"
    "strings"
    "testing"
)
func TestAesGCM(t *testing.T) {
    key := strings.Repeat("a",16)
    data := "hello word!"
    // 加密
    gcm := crypto.AesEncryptByGCM(data, key)
    fmt.Printf("密钥key: %s \n",key)
    fmt.Printf("加密数据: %s \n",data)
    fmt.Printf("加密结果: %s \n",gcm)
    // 解密
    byGCM := crypto.AesDecryptByGCM(gcm, key)
    fmt.Printf("解密结果: %s \n",byGCM)
}
/** 输出
=== RUN   TestAesGCM
nonceStr = aaaaaaaaaaaa 
密钥key: aaaaaaaaaaaaaaaa 
加密数据: hello word! 
加密结果: YWFhYWFhYWFhYWFhhi5dsHDfOdUFfno08BMWWI4iESBd0CF6zE9C 
解密结果: hello word! 
--- PASS: TestAesGCM (0.00s)
PASS
*/

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go包：crypto-aes 对称加密

1.介绍

2. 电码本模式(ECB)

2.1 加密

a.代码

b.测试

2.2 解密

a.代码

b.测试

3. 密码分组链模式(CBC)

3.1 加密

a.代码

b.测试

3.2 解密

a.代码

b.测试

4. 计算器模式(CTR)

4.1 加密

a.代码

b.测试

4.2 解密

a.代码

b.测试

5. CFB、OFB

6.AES-GCM

6.1 加密

6.2 解密

6.3 测试

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4. 计算器模式(`CTR`)