IOS應用安全-加解密算法簡述
導讀
客戶端經(jīng)常遇到需要對數(shù)據(jù)進行加密的情況佩谣，那應該如何加密第步，選用什么樣的加密算法鸳玩，是本文想要討論的問題。
如果把我們的數(shù)據(jù)比作筆記，那數(shù)據(jù)加密相當于給筆記本上了鎖褒颈，解密相當于打開鎖看到筆記柒巫。而打開鎖的鑰匙一定是在私人手里的，外人是打不開的谷丸。所以數(shù)據(jù)加密一定有三個關鍵字：
1.加密
2.解密
3.秘鑰
所以有些常見的算法不是數(shù)據(jù)加密的范圍堡掏，這個開發(fā)需要注意。比如Base64編碼刨疼，MD5算法泉唁。
Base64只是把數(shù)據(jù)編碼，通俗講只是把原來用漢語寫的筆記內(nèi)容揩慕，改成用英語寫的內(nèi)容亭畜，只要懂轉換規(guī)則的任何人都能得到數(shù)據(jù)。所以老板說把數(shù)據(jù)加下密迎卤，一定不是讓你Base64一下或者用其他編碼重新編碼下拴鸵，編碼算法不涉及到數(shù)據(jù)安全。
MD5算法也是數(shù)據(jù)處理的一種方式蜗搔，更多的被用在數(shù)據(jù)驗證身上劲藐。用上面的例子來講，MD5算法把整本書的內(nèi)容變成了一句標題樟凄，通過標題是沒辦法推算出整個書講什么的聘芜。因為根本沒有解密的步驟，所以也不屬于加密算法不同。
字符編碼
計算機的所有數(shù)據(jù)厉膀，最終都是由多個二進制bit(0/1)來存儲和傳輸?shù)模窃趺磸?/1轉化成我們可讀的文字二拐，就涉及到編碼的知識了。下面是基礎的編碼概念凳兵。
ASCII （NSASCIIStringEncoding）
使用一個字節(jié)大小表示的128個字符百新。其中這些字符主要是英文字符，現(xiàn)在很少使用這個編碼庐扫，因為不夠用饭望。ASCII字符占用一個字節(jié)。ASCII碼表
主要使用到的是英文字母的大小寫轉換形庭。大寫的A~Z編碼+32等于小寫的a~z铅辞。
UNICODE (NSUnicodeStringEncoding)
ASCII只能表示128個字符，對于英文國家來說足夠了萨醒，對于我們中國來說斟珊，我們有幾萬個漢字不夠啊。于是我們創(chuàng)造出了GB2312等等我們自己的字符集富纸。日本也覺得我也不夠啊囤踩，我也搞個字符集旨椒。這些字符集彼此是不兼容的，沒辦法轉換堵漱，同樣的字符ABCD,我們可能表示好,日本就可能就表示壞综慎。于是程序猿們覺得我要搞個標準，大家都按照標準來勤庐。
于是就有了UNICODE編碼示惊。它是所有字符的國際標準編碼字符集。這個是為了解決ASCII字符不夠的問題愉镰。同時讓所有組織使用同一套編碼規(guī)則涝涤，解決編碼不兼容的問題。所以現(xiàn)在通用的編碼規(guī)則都是UNICODE編碼岛杀。UNICODE向下兼容ASCII編碼阔拳。UNICODE最大長度可以到4個字節(jié)。不過通常只使用兩個字節(jié)表示类嗤。所以通常認為UNICODE占用2字節(jié)數(shù)據(jù)糊肠。
UTF-8 （NSUTF8StringEncoding）
其實UNICODE已經(jīng)足夠使用了，不過因為如果是ASCII表示的字符（比如英文）只需要1字節(jié)就可以了遗锣，UNICODE表示的話其中一個字節(jié)全是0货裹，這個字節(jié)浪費了，英語國家的程序猿覺得：我靠精偿，我又不需要那么多復雜的字符,浪費我流量和空間啊弧圆，不行！笔咽！搔预，于是出現(xiàn)了對UNICODE的轉換，也就是UTF-8格式叶组，可以保證原ASCII字符依然用一個字節(jié)表示拯田，非ASCII字符使用多個字符表示。
UNICODE到UTF-8的規(guī)則如下：
- 按照UNICODE編碼的范圍甩十，算出需要幾個字節(jié)船庇，比如1個字節(jié)數(shù)，2個字數(shù)節(jié)侣监，3個字節(jié)數(shù)鸭轮，4個字節(jié)數(shù)。具體范圍參考下面的圖橄霉。
- 單字節(jié)和ASCII碼完全相同窃爷，
- 對于其他字節(jié)數(shù)，字節(jié)1的前面用1填充，幾個字節(jié)數(shù)就添加幾個
1吞鸭，后面補一個0寺董。其他字節(jié)都用10開頭。 - 剩余的位置刻剥，按照順序把原始數(shù)據(jù)補齊遮咖。
例子：
“漢”字的Unicode編碼是0x6C49。0x6C49在0x0800-0xFFFF之間造虏，使用用3字節(jié)模板了：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx御吞。將0x6C49寫成二進制是：0110 1100 0100 1001， 用這個比特流依次代替模板中的x漓藕，得到：11100110 10110001 10001001陶珠，即E6 B1 89。
對于UTF-8編碼的文件享钞，會在文件頭寫入EF BB BF,表明是UTF-8編碼揍诽。
UTF-16 （NSUTF16StringEncoding）
UTF-16的編碼方法是：
- 如果二進制（b字符編碼小于0x10000，也就是十進制的0到65535之內(nèi)栗竖，則直接使用兩字節(jié)表示暑脆。
- 如果二進制b字符編碼大于等于0x10000，將b-0x10000的結果中的前 10 位作為高位和0xD800進行邏輯或操作狐肢，將后10 bit作為低位和0xDC00做邏輯或操作添吗，這樣組成的4個字節(jié)就構成了對應的編碼。
舉個例子份名。假設要算（U+2A6A5碟联，對應繁體字龍）在UTF-16下的值，因為它超過 U+FFFF僵腺，所以 2A6A5-10000=0x1A6A5鲤孵。
前10位0001 1010 01 | 0xD800 = 0xD896。
后10位10 1010 0101 | 0xDC00 = 0xDEA5想邦。
所以U+ 2A6A5 在UTF-16中的編碼是D8 96 DE A5裤纹。
注：上文參考：精確解釋Unicode
在IOS程序里面NSUTF16StringEncoding和NSUnicodeStringEncoding是等價的。
UTF-16大端/小端（NSUTF16BigEndianStringEncoding/NSUTF16LittleEndianStringEncoding）
大小端主要表明了丧没，系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)的順序。因為UTF-16至少兩個字節(jié)锡移，這兩個字節(jié)傳輸過來后呕童，接收的人需要知道哪個字節(jié)是在前，哪個字節(jié)在后淆珊。然后系統(tǒng)才知道改如何存取夺饲。
Unicode規(guī)范中用字節(jié)序標記字符（BOM）來標識字節(jié)序，它的編碼是FEFF。這樣如果接收者收到FEFF往声，就表明這個字節(jié)流是高位在前的擂找；如果收到FFFE，就表明這個字節(jié)流是低位在前的浩销。
比如“漢”字的Unicode編碼是0x6C49贯涎。
對于大端的文件數(shù)據(jù)為：FE FF 6c 49
對于小端的文件數(shù)據(jù)為：FF FE 49 6c
對于大小端的概念，本人經(jīng)常搞混慢洋，什么高地址存低字節(jié)的塘雳，繞一繞就暈了。下面是我的理解：
- 對于一個16進制數(shù)0x1234,我們知道這個數(shù)對應的是兩個字節(jié)普筹，占用16個比特败明。
- 系統(tǒng)中是按照字節(jié)為單位去保存數(shù)據(jù)的。一個地址空間對應1個字節(jié)太防。比如0x1234如果要存儲在計算機里妻顶，需要占用兩個地址空間。我們假設這個地址空間起始是0x00蜒车，因為需要兩個字節(jié)讳嘱，所以還需要一個地址空間來保存，即0x01醇王。其中明顯0x01是高地址空間呢燥。
- 所以問題就在于，對于0x1234這個數(shù)據(jù)保存寓娩，是0x01地址保存0x12還是保存0x34叛氨。
- 如果把0x1234看成字符串形式，按照正常順序存儲棘伴，先存0x12,后存0x34,對應的就是大端模式寞埠。
- 如果按照字節(jié)順序，0x12是高位焊夸，0x34是低位仁连，應該0x12存儲在高位地址0x02,低位字節(jié)0x34存儲在低位地址0x01。這種方式就是小端模式阱穗。
- 為了怕記混饭冬，可以這么記：我最大，按字符串順序存儲揪阶，我看的最舒服所以是大端昌抠。反面的就是小端的。
| 地址偏移 | 大端模式 | 小端模式 |
|---|---|---|
| 0x00 | 12 | 34 |
| 0x01 | 34 | 12 |
附：代碼判斷大小端的代碼鲁僚。
原理是生成一個兩字節(jié)的數(shù)據(jù)炊苫，然后轉為1字節(jié)的char數(shù)據(jù)裁厅。大端取到的是第一個高字節(jié)，小端取到的是第二個低字節(jié)侨艾。
#include<stdio.h>
int main()
{
short x = 1; //0x0001
char *p = (char *)&x;
if(*p)
{
printf("little\n");
}
else
{
printf("large\n");
}
return 0;
}
UTF-32
詳細的本人沒看懂执虹，實際中沒有用到這個編碼，這個編碼使用4字節(jié)存儲唠梨。也有大小端之分
總結
- 字符編碼就是把可讀的字符轉化為二進制數(shù)據(jù)方法袋励，字符解碼就是把二進制數(shù)據(jù)轉化為可讀的方法。
- ASCII占用1個字節(jié)姻成，只有128個字符插龄，主要是英文字符。
- UNICODE是國際標準編碼字符集科展，包含了所有已知符號均牢。
- UTF-8是UNICODE編碼的一種實現(xiàn)方式，兼容ASCII碼才睹，也就是英文字符占1個字節(jié)徘跪，漢字可能占兩個字節(jié)或三個字節(jié)。
- UTF-16也是UNICODE編碼的一種實現(xiàn)方式琅攘，通常和UNICODE編碼一致垮庐，占用兩個字節(jié)，分大小端坞琴。
Base64編碼
Base64編碼的作用是把非ASCII的字符轉換為ASCII的字符哨查。很多加密算法，很喜歡做一次Base64轉換剧辐。原因是使用Base64編碼后寒亥，所有的數(shù)據(jù)都是ASCII字符，方便在網(wǎng)絡上傳輸荧关。
設計思路是：Base64把每三個8Bit的字節(jié)轉換為四個6Bit的字節(jié)（3*8 = 4*6 = 24）溉奕，然后把6Bit再添兩位高位0，組成四個8Bit的字節(jié)忍啤。所以Base64算法生成的數(shù)據(jù)會比原數(shù)據(jù)大1/3左右加勤。
比如：
- 圖片這種二進制數(shù)據(jù)就可以轉換為Base64作為文本傳輸。
- 比如有中文的數(shù)據(jù)同波，可以通過Base64轉為可以顯示的ASCII數(shù)據(jù)
簡單說明：
- 將字符按照文字編碼轉化為二進制字節(jié)鳄梅。
- 每3字節(jié)化為一組（24bit），如果字節(jié)不夠未檩，最后輸出結果補
=卫枝。然后再把每一組拆分成4個組，每個組6bit,如果不足6bit后面補0讹挎。 - 將每個6bit前面補足兩個0校赤，湊夠8位。
- 然后按照新分出來的每8位轉成10進制數(shù)筒溃，按照表里面的查找马篮，轉為對應的ASCII字符。
舉例：
字符bl如何轉化為Base64編碼：
- bl對應的ASCII碼為：
01100010和01101100,因為只有兩個怜奖，所以有一個輸出結果是= - 按照每三個字節(jié)分組：
0110001001101100 - 按照每個組6bit分4個組,不足6位的補0：
011000,100110,110000 - 在前面補
0,湊夠8位：00011000,00100110,00110000 - 轉為10進制：
24,38,48浑测。 - 查表得到：
Y,m,w - 最后補
=,所以結果為Ymw=
標準的程序實現(xiàn)可以參考：GTMBase64.m。
說明：
Base64是一種編碼算法歪玲，不是加密算法,他的作用不是加密迁央，而是用最簡的ASCII碼來傳輸文本數(shù)據(jù)，屏蔽掉設備網(wǎng)絡差異滥崩，是為了方便傳輸?shù)囊环N算法岖圈。很多加密算法，最后生成的是二進制數(shù)據(jù)钙皮，不是可見字符蜂科，而傳輸?shù)囊话闶峭ㄟ^字符傳輸，所以常見的二進制轉化方式就是Base64算法短条。
關于Base64編碼后拼接到url上要注意的地方
Base64編碼后會有+和\,這些如果拼接在url作為參數(shù)傳輸?shù)臅r候會被瀏覽器解析為空格和路徑分隔符导匣，導致參數(shù)解析異常，所以有些庫會把+轉義為.或下劃線_茸时。
同時建議做完Base64贡定，同時自動做一次URLEncode 。 這樣+會被轉義為%2B可都。服務端收到后先做URLDecode然后做Base64Decode缓待。
哈希散列算法
一個蘿卜一個坑這個俗語形容這個算法很貼切。官方的定義為：
散列（Hash）函數(shù)提供了這一服務汹粤，它對不同長度的輸入消息命斧，產(chǎn)生固定長度的輸出。
安全的哈希算法要滿足下面條件：
- 固定長度嘱兼。不同長度的數(shù)據(jù)国葬，生成的固定長度的數(shù)據(jù)
- 唯一性。不同的數(shù)據(jù)芹壕，生成的結果一定不同汇四。相同的數(shù)據(jù)，每次輸出的結果一定一樣踢涌。
- 不可逆通孽。對于生成后的數(shù)據(jù)，反推回原數(shù)據(jù)睁壁，通過算法是不可能的背苦。
- 防篡改互捌。兩個輸出的散列值相同，則原數(shù)據(jù)一定相同行剂。如果兩個輸出的散列值不同失暂，則原數(shù)據(jù)一定不同斤斧。
從上面的特點可以知道散列值主要使用的場景：
- 生成唯一的值做索引菩掏，比如哈希表
- 用作數(shù)據(jù)簽名鲫竞，校驗數(shù)據(jù)完整性和有效性。
- 密碼脫敏處理铲觉。
MD5算法
MD5算法是最常用的散列算法澈蝙。
對MD5算法簡要的敘述可以為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為十六個32位子分組撵幽，經(jīng)過了一系列的處理后灯荧，算法的輸出由4個32位分組組成，將這4個32位分組級聯(lián)后將生成1個128位散列值并齐。
算法有點復雜漏麦，沒有看懂，放下不表况褪。
下面是本人的簡單理解：
- MD5算法效率是比較快的撕贞。
- MD5防碰撞能力比較強，只有少數(shù)的幾個例子有出現(xiàn)碰撞的情況测垛。但也不影響安全性捏膨。
- MD5生成的是固定128位,16個字節(jié)。
MD5算法安全性
目前主流看法是MD5逐漸有被攻克的風險食侮。但是目前還沒有有效算法破解号涯。
主要的破解方法是使用數(shù)據(jù)庫保存常見的字符串的MD5值，然后通過反查得到原始數(shù)據(jù)锯七。也就是如果用戶的密碼很常見就很容易破解链快。如果用戶密碼是隨機的，那就沒什么平臺可以破解了眉尸。
下面對于是用MD5的觀點：
- MD5不是加密算法域蜗，重要的用戶密碼應該加密存儲。做MD5只是為了脫敏噪猾，也就是不讓相關人員知道原文是什么（包括內(nèi)鬼）霉祸。
- 極重要數(shù)據(jù)是用更安全的算法：比如用戶密碼數(shù)據(jù)使用更安全的算法，比如SHA1算法袱蜡。傳輸過程中也進一步加密丝蹭。
- 如果使用MD5算法，在原始值里面加入鹽值坪蚁。鹽值要盡量隨機奔穿。因為如果加入隨機值后原始值也變得隨機镜沽，使用暴力破解就基本不可能了。即
result = MD5(password + salt)
關于加鹽
這里有個破解的網(wǎng)站巫橄，大家可以看下常用的策略其實都可以破解淘邻。安全性主要是鹽如何選擇。
- 鹽值要是隨機字符湘换，數(shù)據(jù)盡量長一些，只有這樣才能保證最后數(shù)據(jù)的隨機统阿。
- 鹽值盡量保證每個用戶不一樣彩倚，增加破解的難度。
- 鹽值的保存可以是前后端約定,固化在APP里扶平，但是也應該和用戶相關帆离，比如salt=(固化的值+用戶信息)〗岢危可以是通過一些隨機值變化得來：比如用戶注冊時間等信息做鹽值哥谷。可以是每次隨機生成麻献，當做參數(shù)帶給后端们妥，后端保存密碼+鹽值。安全性從低到高勉吻。還有做多次MD5的监婶，個人覺得意義不大。
- 個人推薦的一個方案齿桃。
result = MD5 (password + salt)惑惶。salt的計算方法是：MD5(Random(128)+ uid)。其中Random(128)表示一個隨機128位字符串短纵，兩端可以一致带污，固化在代碼里。uid是用戶唯一標示香到，比如登陸用的用戶名鱼冀。這樣對于破解者來說就需要先拿到這個salt值，然后對每個用戶都要生成一個唯一的128位的鹽值养渴，去生成對應的庫雷绢，破解成本就非常高了。
其實目前暴漏出來的是攻擊者把整個數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容拿到后理卑，暴力解密出原文翘紊。但是MD5加鹽也好變換也好都是可以通過前端代碼查到算法的，通過算法就可以生成常用數(shù)據(jù)對應的MD5庫藐唠。所以密碼做MD5更重要的是脫敏處理帆疟，不能做為安全的加密使用鹉究，重要的用戶密碼持久化或傳輸過程中一定是要通過加密算法處理的。這樣只要安全保存私鑰就可以了踪宠。在很多金融公司自赔，大量使用硬件加密機做加密處理，然后保存柳琢，更加大了破解難度绍妨。所以如果你的密碼是使用加密再保存的，使用固定鹽值的已經(jīng)可以滿足要求了柬脸。如果擔心可以加上用戶的注冊時間或服務器時間戳做鹽值他去。
SHA1
SHA1也是一種HASH算法。是MD5的替代方案倒堕。生成的數(shù)據(jù)是160位灾测，20個字節(jié)。
目前SHA1也被認為不安全,google找到了算法進行了碰撞,所以普遍推薦使用新的SHA2代替垦巴。Google已經(jīng)開始廢棄這個算法了媳搪。
SHA2
- SHA-224、SHA-256骤宣、SHA-384秦爆，和SHA-512并稱為SHA-2。
- 新的散列函數(shù)并沒有接受像SHA-1一樣的公眾密碼社區(qū)做詳細的檢驗涯雅，所以它們的密碼安全性還不被大家廣泛的信任鲜结。
- 雖然至今尚未出現(xiàn)對SHA-2有效的攻擊，它的算法跟SHA-1基本上仍然相似活逆；因此有些人開始發(fā)展其他替代的散列算法精刷。
所以目前推薦使用SHA2相關的算法做散列算法。
其中SHA-256輸出為256位蔗候，32字節(jié)怒允。
SHA-512輸出為512位，64字節(jié)锈遥。
HMac
HMac是秘鑰相關的哈希算法纫事。和之前的算法不同的在于需要一個秘鑰，才能生成輸出所灸。主要是基于簽名散列算法丽惶。可以認為是散列算法加入了加密邏輯爬立，所以相比SHA算法更難破解钾唬，包含下面的算法。
/*!
@enum CCHmacAlgorithm
@abstract Algorithms implemented in this module.
@constant kCCHmacAlgSHA1 HMAC with SHA1 digest
@constant kCCHmacAlgMD5 HMAC with MD5 digest
@constant kCCHmacAlgSHA256 HMAC with SHA256 digest
@constant kCCHmacAlgSHA384 HMAC with SHA384 digest
@constant kCCHmacAlgSHA512 HMAC with SHA512 digest
@constant kCCHmacAlgSHA224 HMAC with SHA224 digest
*/
enum {
kCCHmacAlgSHA1,
kCCHmacAlgMD5,
kCCHmacAlgSHA256,
kCCHmacAlgSHA384,
kCCHmacAlgSHA512,
kCCHmacAlgSHA224
};
typedef uint32_t CCHmacAlgorithm;
HMAC主要應用場景：
- 密碼的散列存儲，因為需要散列的時候需要密碼抡秆，實際上相當于算法里加了鹽值奕巍。使用的密碼要隨機和用戶相關，請參考鹽值的生產(chǎn)規(guī)則儒士。
- 用于數(shù)據(jù)簽名的止。雙方使用共同的秘鑰，然后做簽名驗證着撩。秘鑰可以固化诅福，也可以會話開始前協(xié)商，增加簽名篡改和被破解的難度睹酌。
PS：目前項目中的密碼散列算法权谁，采用的就是HMac算法。
總結
- 密碼保存和傳輸需要做散列處理憋沿。但是散列算法主要是脫敏，不能替代加密算法沪猴。
- 如今常用的Md5算法和SHA1算法都不再安全辐啄。所以推薦使用SHA-2相關算法。
- 散列算法應該加入鹽值即：
result=HASH(password+salt)运嗜。其中鹽值應該是隨機字符串且每個用戶不一樣壶辜。 - HMac引入了秘鑰的概念，如果不知道秘鑰担租，秘鑰不同砸民，散列值也不同，相當于散列算法加入了鹽值奋救×氩危可以把它當做更安全的散列算法使用。
算法實現(xiàn)
算法都是使用蘋果自己的Security.framework框架實現(xiàn)的尝艘，只需要調(diào)用相關算法就可以了演侯。推薦一個github
//
// NSData+KKHASH.m
// SecurityiOS
//
// Created by cocoa on 16/12/15.
// Copyright ? 2016年 dev.keke@gmail.com. All rights reserved.
//
#import "NSData+KKHASH.h"
#include <CommonCrypto/CommonDigest.h>
#import <CommonCrypto/CommonHMAC.h>
@implementation NSData (KKHASH)
- (NSData *)hashDataWith:(CCDIGESTAlgorithm )ccAlgorithm
{
NSData *retData = nil;
if (self.length <1) {
return nil;
}
unsigned char *md;
switch (ccAlgorithm) {
case CCDIGEST_MD2:
{
md = malloc(CC_MD2_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_MD2_DIGEST_LENGTH);
CC_MD2(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD2_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_MD4:
{
md = malloc(CC_MD4_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_MD4_DIGEST_LENGTH);
CC_MD4(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD4_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_MD5:
{
md = malloc(CC_MD5_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_MD5_DIGEST_LENGTH);
CC_MD5(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_SHA1:
{
md = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA1(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA1_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_SHA224:
{
md = malloc(CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA224(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA224_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_SHA256:
{
md = malloc(CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA256(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_SHA384:
{
md = malloc(CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA384(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA384_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_SHA512:
{
md = malloc(CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA512(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA512_DIGEST_LENGTH];
}
break;
default:
md = malloc(1);
break;
}
free(md);
md = NULL;
return retData;
}
- (NSData *)hmacHashDataWith:(CCHmacAlgorithm )ccAlgorithm key:(NSString *)key {
NSData *retData = nil;
if (self.length <1) {
return nil;
}
unsigned char *md;
const char *cKey = [key cStringUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
switch (ccAlgorithm) {
case kCCHmacAlgSHA1:
{
md = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);
CC_SHA1(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
CCHmac(kCCHmacAlgSHA1, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA1_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case kCCHmacAlgSHA224:
{
md = malloc(CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);
CCHmac(kCCHmacAlgSHA224, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA224_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case kCCHmacAlgSHA256:
{
md = malloc(CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);
CCHmac(kCCHmacAlgSHA256, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case kCCHmacAlgSHA384:
{
md = malloc(CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);
CCHmac(kCCHmacAlgSHA384, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA384_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case kCCHmacAlgSHA512:
{
md = malloc(CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);
CCHmac(kCCHmacAlgSHA512, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA512_DIGEST_LENGTH];
}
break;
case CCDIGEST_MD5:
{
md = malloc(CC_MD5_DIGEST_LENGTH);
bzero(md, CC_MD5_DIGEST_LENGTH);
CCHmac(kCCHmacAlgMD5, cKey, strlen(cKey), self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);
retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
}
break;
default:
md = malloc(1);
break;
}
free(md);
md = NULL;
return retData;
}
- (NSString *)hexString
{
NSMutableString *result = nil;
if (self.length <1) {
return nil;
}
result = [[NSMutableString alloc] initWithCapacity:self.length * 2];
for (size_t i = 0; i < self.length; i++) {
[result appendFormat:@"%02x", ((const uint8_t *) self.bytes)[i]];
}
return result;
}
+ (NSData *)dataWithHexString:(NSString *)hexString {
NSMutableData * result;
NSUInteger cursor;
NSUInteger limit;
NSParameterAssert(hexString != nil);
result = nil;
cursor = 0;
limit = hexString.length;
if ((limit % 2) == 0) {
result = [[NSMutableData alloc] init];
while (cursor != limit) {
unsigned int thisUInt;
uint8_t thisByte;
if ( sscanf([hexString substringWithRange:NSMakeRange(cursor, 2)].UTF8String, "%x", &thisUInt) != 1 ) {
result = nil;
break;
}
thisByte = (uint8_t) thisUInt;
[result appendBytes:&thisByte length:sizeof(thisByte)];
cursor += 2;
}
}
return result;
}
@end
對稱加密算法
對稱加密，指雙方使用的秘鑰是相同的背亥。加密和解密都使用這個秘鑰秒际。
對稱加密的優(yōu)點為：
- 加密效率高
- 加密速度快
- 可以對大數(shù)據(jù)進行加密
缺點為：
- 秘鑰安全性無法保證，以現(xiàn)在的技術手段來說狡汉，默認對稱秘鑰的秘鑰是非安全的娄徊，可以被拿到的。
加密方法
- DES ：數(shù)據(jù)加密標準盾戴。
是一種分組數(shù)據(jù)加密技術寄锐，先將數(shù)據(jù)分成固定長度64位的小數(shù)據(jù)塊，之后進行加密。
速度較快锐峭，適用于大量數(shù)據(jù)加密中鼠。DES密鑰為64位,實際使用56位。將64位數(shù)據(jù)加密成64位數(shù)據(jù)沿癞。 - 3DES：使用三組密鑰做三次加密援雇。
是一種基于 DES 的加密算法，使用3個不同密鑰對同一個分組數(shù)據(jù)塊進行3次加密椎扬，如此以使得密文強度更高惫搏。3DES秘鑰為DES兩倍或三倍，即112位或168位蚕涤。其實就是DES的秘鑰加強版筐赔。 - AES ：高級加密標準。
是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標準揖铜。
相較于 DES 和 3DES 算法而言茴丰，AES 算法有著更高的速度和資源使用效率，安全級別也較之更高了天吓，被稱為下一代加密標準贿肩。AES秘鑰長度為128、192龄寞、256位汰规。
使用到的基礎數(shù)學方法：
- 移位和循環(huán)移位
移位就是將一段數(shù)碼按照規(guī)定的位數(shù)整體性地左移或右移。循環(huán)右移就是當右移時物邑，把數(shù)碼的最后的位移到數(shù)碼的最前頭溜哮，循環(huán)左移正相反。例如色解，對十進制數(shù)碼12345678循環(huán)右移1位（十進制位）的結果為81234567茂嗓，而循環(huán)左移1位的結果則為23456781。 - 置換
就是將數(shù)碼中的某一位的值根據(jù)置換表的規(guī)定冒签，用另一位代替在抛。它不像移位操作那樣整齊有序，看上去雜亂無章萧恕。這正是加密所需,被經(jīng)常應用刚梭。 - 擴展
就是將一段數(shù)碼擴展成比原來位數(shù)更長的數(shù)碼。擴展方法有多種,例如,可以用置換的方法票唆，以擴展置換表來規(guī)定擴展后的數(shù)碼每一位的替代值朴读。 - 壓縮
就是將一段數(shù)碼壓縮成比原來位數(shù)更短的數(shù)碼。壓縮方法有多種走趋，例如衅金，也可以用置換的方法，以表來規(guī)定壓縮后的數(shù)碼每一位的替代值。 - 異或
這是一種二進制布爾代數(shù)運算氮唯。異或的數(shù)學符號為⊕ 鉴吹，它的運算法則如下：
1⊕1 = 0
0⊕0 = 0
1⊕0 = 1
0⊕1 = 1
也可以簡單地理解為，參與異或運算的兩數(shù)位如相等惩琉，則結果為0豆励，不等則為1。 - 迭代
迭代就是多次重復相同的運算瞒渠，這在密碼算法中經(jīng)常使用良蒸，以使得形成的密文更加難以破解。
對于對稱加密來說伍玖，有幾個共同要點：
- 密鑰長度嫩痰；（關系到密鑰的強度）
- 加密模式；（ecb窍箍、cbc等等）
- 塊加密算法里的塊大小和填充方式區(qū)分串纺；
加密模式
ECB 模式
ECB ：電子密本方式，最古老,最簡單的模式椰棘，將加密的數(shù)據(jù)分成若干組造垛，每組的大小跟加密密鑰長度相同；
然后每組都用相同的密鑰加密晰搀。OC對應的為kCCOptionECBMode
ECB的特點為：
- 每次Key、明文办斑、密文的長度都必須是64位外恕；
- 數(shù)據(jù)塊重復排序不需要檢測；
- 相同的明文塊(使用相同的密鑰)產(chǎn)生相同的密文塊乡翅，容易遭受字典攻擊鳞疲；
- 一個錯誤僅僅會對一個密文塊產(chǎn)生影響，所以支持并行計算蠕蚜；
CBC模式
- CBC ：密文分組鏈接方式尚洽。與ECB相比，加入了初始向量IV靶累。將加密的數(shù)據(jù)分成若干組腺毫，加密時第一個數(shù)據(jù)需要先和向量異或之后才加密。后面的數(shù)據(jù)需要先和前面的數(shù)據(jù)異或挣柬，然后再加密潮酒。是OC默認的加密模式。
CBC的特點為：
- 每次加密的密文長度為64位(8個字節(jié));
- 當相同的明文使用相同的密鑰和初始向量的時候CBC模式總是產(chǎn)生相同的密文;
- 密文塊要依賴以前的操作結果,所以邪蛔，密文塊不能進行重新排列;
- 可以使用不同的初始化向量來避免相同的明文產(chǎn)生相同的密文,一定程度上抵抗字典攻擊;
- 一個錯誤發(fā)生以后,當前和以后的密文都會被影響;
塊大小和填充方式
對稱算法的第一步就是對數(shù)據(jù)進行分組急黎，每一個組的大小稱為快大小，比如DES需要將數(shù)據(jù)分組為64位（8個字節(jié)），如果數(shù)據(jù)不夠64位就需要進行補位勃教。
PKCS7Padding填充
OC中指定的填充方法只有kCCOptionPKCS7Padding淤击，對應JAVA的PKCS5Padding填充方式。算法為計算缺幾位數(shù)故源，然后就補幾位數(shù)污抬，數(shù)值為下面的公式：
value=k - (l mod k) ,K=塊大小，l=數(shù)據(jù)長度心软，如果l=8, 則需要填充額外的8個byte的8
比如塊大小為8字節(jié)壕吹，數(shù)據(jù)為DD DD DD DD4個字節(jié)，帶入公式删铃，l=4,k=8,計算 8 - （4 mod 8）= 4 ,所以補充4個4耳贬，補位后得到DD DD DD DD 04 04 04 04。
唯一特別的是如果最后位數(shù)是夠的猎唁，也需要額外補充咒劲，比如數(shù)據(jù)是DD DD DD DD DD DD DD DD8個字節(jié),帶入公式，l=8,k=8,計算 8 - （8 mod 8）= 8诫隅，所以補位后得到DD DD DD DD DD DD DD DD 08 08 08 08 08 08 08 08腐魂。 所以如果考慮補位，實際輸出buffer大小要加上快大小逐纬，防止buffer不夠蛔屹。
Zero Padding（No Padding）
補位的算法和PKCS7Padding一致，只不過補的位為0x00,比如數(shù)據(jù)為DD DD DD DD4個字節(jié)豁生，帶入公式兔毒，l=4,k=8,計算 8 - （4 mod 8）= 4 ,所以補充4個00，補位后得到DD DD DD DD 00 00 00 00甸箱。
非常不建議用這種模式育叁，因為解密后的數(shù)據(jù)會多出補的00。如果原始數(shù)據(jù)以00結尾(ASCII碼代表空字符)芍殖，就沒辦法區(qū)分出來了豪嗽。
幾種算法比較
| 算法 | 秘鑰長度（字節(jié)） | 分組長度（字節(jié)） | 加密效率 | 破解難度 |
|---|---|---|---|---|
| DES | 8 | 8 | 較快（22.5MB/S） | 簡單 |
| 3DES | 24 | 8 | 慢（12MB/S） | 難 |
| AES | 16/24/32 | 16 | 快（51.2MB/s） | 難 |
IOS 代碼實現(xiàn)解析
下面以AES代碼實現(xiàn)為例，說明下IOS加解密算法的實現(xiàn)豌骏。
+ (NSString *)AES128Encrypt:(NSString *)plainText key:(NSString *)gkey iv:(NSString *)gIv padding:(BOOL)padding
{
//先處理秘鑰龟梦，如果秘鑰不夠算法長度，就用0填充肯适，如果長于算法長度就截斷变秦。
char keyPtr[kCCKeySizeAES128+1]; //申請秘鑰buffer，這里根據(jù)不同算法導入需要的key長度框舔。AES128是16個字節(jié)蹦玫，對應的值kCCKeySizeAES128赎婚。
memset(keyPtr, 0, sizeof(keyPtr)); //使用0填充，保證秘鑰長度達到要求樱溉。
[gkey getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding]; //將傳入的秘鑰copy進秘鑰buffer里
//注意這個只在模式為CBC下有效挣输，
//處理向量值，默認模式為CBC福贞。如果指定了kCCOptionECBMode模式撩嚼，就不需要這個向量。
char ivPtr[kCCBlockSizeAES128+1]; //申請向量的buffer挖帘，長度為塊長度完丽。AES128塊長度為kCCBlockSizeAES128。
memset(ivPtr, 0, sizeof(ivPtr));
[gIv getCString:ivPtr maxLength:sizeof(ivPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding]; //將傳入的值copy進向量buffer
NSData* data = [plainText dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
NSUInteger dataLength = [data length];
//注意這個只在不指定padding的情況下有效拇舀，需要填充0逻族，算法為num_to_fill= k - (length mod k)，如果指定了kCCOptionPKCS7Padding骄崩，就不需要人為填充聘鳞。
long long newSize = dataLength;
int diff = padding ? 0 : kCCKeySizeAES128 - (dataLength % kCCKeySizeAES128);
if(diff > 0) {
newSize = dataLength + diff;
}
char dataPtr[newSize];
memcpy(dataPtr, [data bytes], [data length]);
for(int i = 0; i < diff; i++) {
dataPtr[i + dataLength] = 0x00;
}
//輸出的buffer
size_t bufferSize = newSize + kCCBlockSizeAES128;
void *buffer = malloc(bufferSize);
memset(buffer, 0, bufferSize);
size_t numBytesCrypted = 0;
CCOptions option = padding ? kCCOptionPKCS7Padding : 0x0000;
option = gIv.length > 0 ? option : option | kCCOptionECBMode;
CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt,
kCCAlgorithmAES128,
option,
// 0x0000, //No padding | CBC模式 需要補零且需要iv向量
// kCCOptionPKCS7Padding, // kCCOptionPKCS7Padding | CBC模式 需要iv向量
//kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode, // kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode 不需要iv向量，也不需要補零
// kCCOptionECBMode, // No padding | kCCOptionECBMode 不需要補零要拂，不需要iv向量
keyPtr,
kCCKeySizeAES128,
ivPtr,
dataPtr,
sizeof(dataPtr),
buffer,
bufferSize,
&numBytesCrypted);
if (cryptStatus == kCCSuccess) {
NSData *resultData = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesCrypted];
resultData = [resultData base64EncodedDataWithOptions:(NSDataBase64EncodingOptions)0];
NSString *encryptedString = [[NSString alloc] initWithData:resultData encoding:NSUTF8StringEncoding];
return encryptedString;
}
free(buffer);
return nil;
}
+ (NSString *)AES128Decrypt:(NSString *)encryptText key:(NSString *)gkey iv:(NSString *)gIv padding:(BOOL)padding
{
//復制秘鑰buffer
char keyPtr[kCCKeySizeAES128 + 1];
memset(keyPtr, 0, sizeof(keyPtr));
[gkey getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
//復制向量buffer
char ivPtr[kCCBlockSizeAES128 + 1];
memset(ivPtr, 0, sizeof(ivPtr));
[gIv getCString:ivPtr maxLength:sizeof(ivPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];
NSData *data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:encryptText options:0];
NSUInteger dataLength = [data length];
size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
void *buffer = malloc(bufferSize);
//計算采用哪種模式和填充方式
CCOptions option = padding ? kCCOptionPKCS7Padding : 0x0000;
option = gIv.length > 0 ? option : option | kCCOptionECBMode;
size_t numBytesCrypted = 0;
//解密
CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt,
kCCAlgorithmAES128,
option,
// 0x0000, //No padding | CBC模式 需要補零且需要iv向量
// kCCOptionPKCS7Padding, // kCCOptionPKCS7Padding | CBC模式 需要iv向量
//kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode, // kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode 不需要iv向量抠璃，也不需要補零
// kCCOptionECBMode, // No padding | kCCOptionECBMode 不需要補零，不需要iv向量
keyPtr,
kCCBlockSizeAES128,
ivPtr,
[data bytes],
dataLength,
buffer,
bufferSize,
&numBytesCrypted);
if (cryptStatus == kCCSuccess) {
NSData *resultData = [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesCrypted];
NSString *result = [[NSString alloc] initWithData:resultData encoding:NSUTF8StringEncoding];
if ([result length] > 0 && !padding) {
//如果是非填充模式脱惰，解析后的數(shù)據(jù)會多出填充的'\0',所以需要去掉搏嗡。
long byteWithoutZero = numBytesCrypted;
const char *utf8Str = [result UTF8String];
//從后開始掃描，查到需要截斷的長度
for (long i = byteWithoutZero - 1; i > 0; i --) {
if (utf8Str[i] != '\0') {
break;
}
byteWithoutZero --;
}
NSString *finalReslut = [[NSString alloc] initWithBytes:utf8Str length:byteWithoutZero encoding:NSUTF8StringEncoding];
return finalReslut;
}
return result;
}
free(buffer);
return nil;
}
建議和說明
- 建議使用CBC模式（kCCOptionECBMode）拉一，填充采用kCCOptionPKCS7Padding彻况。這種使用最廣泛，和PHP舅踪、JAVA（AES/CBC/PKCS5Padding）都適配。聯(lián)調(diào)的時候需要注意兩端是否一致良蛮，不一致是調(diào)不通的抽碌。
- 通常數(shù)據(jù)加密后，會做一次Base64編碼進行傳輸决瞳，有些應用也會將數(shù)據(jù)轉為二進制字符串傳輸货徙。
- 如果不指定模式，則默認是CBC模式皮胡，需要用到向量IV痴颊。
- 如果不指定填充格式，則需要自行補
0x00處理屡贺，在解碼后也需要把補的0x00去除掉蠢棱，網(wǎng)上很多資料解碼后沒有去除锌杀，會多出\0。
說明和總結
- 建議對稱加密使用AES加密泻仙。DES無論安全性和效率都不如AES算法糕再。
- 加密建議用
kCCOptionPKCS7Padding填充方式，對應的JAVA模式為PKCS5Padding - 如果用CBC模式玉转，需要使用初始向量突想，初始向量兩端應該一致。如果不使用應該指定
kCCOptionECBMode究抓。也建議用這個模式猾担，兼容性最好。 - 秘鑰應該用隨機數(shù)生成對應的位數(shù)刺下。AES128為16個字節(jié)绑嘹，也就是16個字符。不要用短密碼,比如：
111111,這樣真的很蠢怠李。 - 對稱加密的安全隱患主要在于秘鑰的保存圾叼。重要會話的秘鑰應該隨機生成，使用非對稱加密來溝通交換秘鑰捺癞，策略可以參考我的另一篇文章IOS應用安全-HTTP/HTTPS網(wǎng)絡安全(一)夷蚊。
- 如果秘鑰需要硬編碼到程序里，應該做脫敏運算髓介，比如做位運算進行變形等惕鼓。后面會專門寫怎么解決秘鑰硬編碼問題。
非對稱加密算法
非對稱秘鑰加密算法的特點是：加密和解密使用不同的秘鑰唐础。
非對稱加密需要兩個秘鑰：公開秘鑰和私有秘鑰箱歧。兩個秘鑰是不同的，而且通過公鑰是無法推算出私鑰的一膨，使用公鑰加密的數(shù)據(jù)只有用私鑰解密呀邢。
非對稱算法的特點：
- 解決了秘鑰保存的問題。公鑰可以發(fā)布出去豹绪，任何人都可以使用价淌，也不用擔心被人獲取到，只要保證私鑰的安全就可以了瞒津。而對稱加密蝉衣，因為秘鑰相同，客戶端泄露了就不安全了巷蚪。
- 加密和解密的效率不高病毡，只適合加解密少量的數(shù)據(jù)。而對稱加密效率要高屁柏。這里有一篇文章對比AES和RSA算法的性能對比啦膜。
RSA算法
RSA是目前最常用的非對稱加密算法有送。
算法原理可以看下這篇文章：RSA算法原理。
RSA算法基于一個十分簡單的數(shù)論事實：將兩個大質數(shù)相乘十分容易功戚，但是想要對其乘積進行因式分解卻極其困難娶眷，因此可以將乘積公開作為加密密鑰。RSA的秘鑰長度在2048位，現(xiàn)有的技術手段是無法破解的（實際的可以暴力破解的位數(shù)為768位，也就是768位的大數(shù)才有可能暴力進行因數(shù)分解）宙搬。
RSA算法優(yōu)點：
- 算法原理簡單聋伦，我都快看懂了。
- 安全性也足夠高，目前沒有證據(jù)和方案可以破解1048位以上秘鑰的RSA算法。
缺點：
- 安全性取決于秘鑰長度，推薦的要至少1048位轧铁，但是這么高位數(shù)的秘鑰生成速度很慢，所以沒法做一次會話一次秘鑰旦棉。
- 加解密的效率很低齿风，相對于對稱加密，差好幾個量級绑洛，而且也不支持加密長數(shù)據(jù)救斑。
國密算法SM2
中國特有的算法，國家強制要求金融機構使用國密算法真屯。包括SM1/SM2/SM3/SM4脸候。其中SM4為對稱加密算法。SM3是哈希算法绑蔫。SM2為非對稱加密算法运沦。但是國家只給算法原理，沒有給出常用的算法實現(xiàn)配深，所以是件蛋疼的事情携添。
算法我也沒看懂。因為項目中使用到了篓叶，所以做了一些研究薪寓。相關代碼可以參考我的github,IOS SM2開源實現(xiàn)非常少，而且都有些問題澜共，要么基于openSSL，代碼特別大锥腻。要么基于libtommath庫嗦董，但是有一些問題，SM2無法調(diào)通瘦黑。所以兩個結合重新整理的下代碼京革。這個代碼只保證SM2算法有效性奇唤，因為經(jīng)過實際使用過，其他的項目未用到匹摇。
SM2的加密流程
除掉數(shù)學方法咬扇，下面是本人的一些理解：
-
SM2需要依賴于一個曲線，一般使用國家推薦曲線廊勃。如果曲線不對懈贺，肯定是無法加解密的。曲線參數(shù)
#define SM2_P "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFF" #define SM2_A "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00000000FFFFFFFFFFFFFFFC" #define SM2_B "28E9FA9E9D9F5E344D5A9E4BCF6509A7F39789F515AB8F92DDBCBD414D940E93" #define SM2_N "FFFFFFFEFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF7203DF6B21C6052B53BBF40939D54123" #define SM2_G_X "32C4AE2C1F1981195F9904466A39C9948FE30BBFF2660BE1715A4589334C74C7" #define SM2_G_Y "BC3736A2F4F6779C59BDCEE36B692153D0A9877CC62A474002DF32E52139F0A0" SM2公鑰分為兩部分：Pub_x和Pub_y坡垫。每個都是32字節(jié)梭灿，總共是64字節(jié)。私鑰長度現(xiàn)在還不清楚是多少冰悠，有資料說是要32位堡妒，但是文檔里面未提到。字節(jié)數(shù)如果不對說明生成秘鑰算法有問題溉卓。
輸出數(shù)據(jù)分為3段：
C1C2C3,其中C1是64個字節(jié)皮迟，C2和原始數(shù)據(jù)大小相同，即原文是6個字節(jié)桑寨，C2就是6個字節(jié)伏尼，C3是32個字節(jié)。所以總長度是64+32+原文長度（字節(jié)）西疤。如果長度不對烦粒，要看下是否是人為添加了其他字段。算法涉及到哈希算法代赁，標準是使用SM3的hash算法扰她，SM3的Hash算法生成的字節(jié)為32字節(jié)，這個聯(lián)調(diào)的時候一定要保證一致芭碍。
加密步驟說明：
- 第一步計算隨機數(shù)徒役，如果這個不是隨機的,是固定的，那后面的結果每次輸出就是唯一的窖壕。
- 通過隨機數(shù)rank和曲線的G_x忧勿、G_y、P瞻讽、A五個參數(shù)鸳吸，通過ECC算法
C1=[k]G = (x1,y1)生成一個點（x1,y1）。拼接起來就是C1數(shù)據(jù)速勇。C1數(shù)據(jù)應該是64個字節(jié)晌砾。有些算法里面會在前面填充0x04，變成65個字節(jié) - 通過公鑰的P_x和P_y,隨機數(shù)rank,A,P烦磁，通過ECC算法
[k]PukeyB = [k](XB,YB) = (x2,y2)計算出(x2,y2)养匈，x2和y2的大小為分別為32字節(jié) - 將上面的(x2,y2)拼接哼勇，然后做KDF（密碼派生算法）計算，輸出原文長度（klen）的t值呕乎。
t= KDF(x2||y2, klen),KDF一般使用的是SM3的算法积担。結果t的大小和原文的大小一致。 - 然后將t和原文做異或運算猬仁，得到C2,C2的大小和原文一致帝璧。
- 然后將(x2,原文,x3)拼接，計算一次SM3的Hash算法,生成的數(shù)據(jù)放入C3中逐虚，C3的大小為32字節(jié)聋溜。
- 最后把
C1C2C3拼接到一起，長度為64+原文長度+32字節(jié)叭爱。注意撮躁，老的標準為C1C3C2,有些實現(xiàn)的是這種模式。
注：這其中ECC算法是標準算法买雾，大部分第三方實現(xiàn)的都沒有問題把曼。主要是KDF算法和Hash算法會有不同。這個聯(lián)調(diào)的時候需要搞清楚漓穿。
SM2解密流程
流程圖如下：
解密步驟說明
- 先判斷C1是否在曲線上嗤军。C1長度為64字節(jié)，取數(shù)據(jù)的前64字節(jié)就可以了晃危。所以兩端一定要用同樣的曲線叙赚。
- 使用C1的數(shù)據(jù),曲線參數(shù)（A,P）,私鑰dA，使用ECC算法生成(x2,y2)僚饭，
dA*C1 = dA*(x2,y2) = dA*[k]*(Xg,Yg) - 使用(x2,y2)和C2的長度（總長度-64-32）震叮，使用KDF計算t。
- 使用c2異或t鳍鸵，達到M’
- 計算(x2,M’,y2)的hash值U苇瓣。
- 比較U和C3數(shù)據(jù)是否是一致的，如果一致就輸出M’
KDF算法說明：
文檔里的描述
密鑰派生函數(shù)的作用是從一個共享的秘密比特串中派生出密鑰數(shù)據(jù)偿乖。在密鑰協(xié)商過程中击罪，密鑰派
生函數(shù)作用在密鑰交換所獲共享的秘密比特串上，從中產(chǎn)生所需的會話密鑰或進一步加密所需的密鑰
數(shù)據(jù)贪薪。
密鑰派生函數(shù)需要調(diào)用密碼雜湊函數(shù)媳禁。
設密碼雜湊函數(shù)為Hv( )，其輸出是長度恰為v比特的雜湊值画切。
密鑰派生函數(shù)KDF(Z, klen)：
輸入：比特串Z竣稽，整數(shù)klen(表示要獲得的密鑰數(shù)據(jù)的比特長度，要求該值小于(232-1)v)。
輸出：長度為klen的密鑰數(shù)據(jù)比特串K丧枪。
a)初始化一個32比特構成的計數(shù)器ct=0x00000001；
b)對i從1到?klen/v?執(zhí)行：
b.1)計算Hai=Hv(Z ∥ ct)庞萍；
b.2) ct++拧烦；
c)若klen/v是整數(shù)，令Ha!?klen/v? = Ha?klen/v?钝计，否則令Ha!?klen/v?為Ha?klen/v?最左邊的(klen ?
(v × ?klen/v?))比特恋博；
d)令K = Ha1||Ha2|| · · · ||Ha?klen/v??1||Ha!?klen/v?。
簡化下說明：
- 先分組,分組的大小為
klen/v,向上取整,其中klen是數(shù)據(jù)長度私恬，v是HASH算法輸出長度债沮。SM3的輸出長度為32字節(jié)。 - 然后每一組循環(huán)本鸣，把原始數(shù)據(jù)Z和計數(shù)器ct拼接疫衩，做SM3_Hash運算得到Hai。然后計數(shù)器ct+1荣德。
- 最終生成的數(shù)據(jù)Ha1,Ha2…拼接起來闷煤，然后截斷到klen長度也就是數(shù)據(jù)長度。
HASH算法說明
官方使用的是SM3密碼雜湊算法涮瞻，輸入為小于2的64次方bit鲤拿，輸出為256bit（32字節(jié)）。
總結：
- 國密算法的基礎是使用曲線計算署咽。曲線應該使用官方推薦的曲線近顷，曲線不同加解密肯定失敗。
- 國密算法生成的數(shù)據(jù)為
C1C2C3,其中C1為固定的64字節(jié)宁否，c2和原始數(shù)據(jù)一樣長窒升，C3為固定的32字節(jié)。有些要求數(shù)據(jù)前面加上’0x04’,舊的版本輸出是C3C1C2家淤，這兩點要注意异剥。 - 公鑰分為P_x和P_y,都是32字節(jié)長度。私鑰長度從資料上看沒有限制絮重，是一個隨機數(shù)[1,N-2]冤寿。N為曲線參數(shù)。
- 加密過程中使用了SM3的散列算法(官方叫雜湊算法)青伤，這個算法輸出為32字節(jié)的數(shù)據(jù)督怜。如果對端沒有用這個算法，兩端也無法加解密成功狠角。
總結
- 字符編碼是為了把可見字符和二進制之間做一層轉化号杠。其中UNICODE編碼是國際編碼標準。UTF-8是這種編碼格式的實現(xiàn)方式。特點是ASCII碼的字符占用一個字節(jié)姨蟋，其他的比如中文字符占用兩到三個字符屉凯。
- Base64也是一種編碼方式，主要用于把二進制數(shù)據(jù)轉化為ASCII字符眼溶，方便傳輸∮蒲猓現(xiàn)在很多加密算法習慣在加密后把二進制數(shù)做一次Base64進行傳輸。相對于原文堂飞，長度會多出1/3灌旧。也有把二進制轉為字符串的形式，不過長度是原文的2倍绰筛。
- 哈希散列算法枢泰，主要用于脫敏處理和信息簽名防篡改，做哈希運算應該加鹽處理铝噩。鹽值應該是隨機值衡蚂，而且和用戶相關，建議使用（隨機數(shù) + 用戶名）薄榛。
- 對稱加密兩端秘鑰相同讳窟，加密速度快，可以加密大數(shù)據(jù)敞恋，但是秘鑰保存一直是個難題丽啡。
- 非對稱加密分為公鑰和私鑰，公鑰可以公開硬猫。加密速度慢补箍，只能加密小數(shù)據(jù)，但是只需要妥善保存私鑰就可以了啸蜜。
通常一個信息加密傳輸流程為：
- 雙方約定好使用的編碼格式坑雅。通常常用的是UTF-8編碼。
- 客戶端隨機生成對稱秘鑰作為會話秘鑰衬横。使用非對稱加密傳輸給后端裹粤，后端保存這個對稱秘鑰用于之后的加解密過程。
- 用戶使用對稱加密（通常為AES）加密整個數(shù)據(jù)蜂林，結果通常使用Base64做編碼（通常還要做一次URLEncode操作）,整個相關數(shù)據(jù)按照規(guī)則使用Hash算法（通常為SHA256算法）做數(shù)據(jù)簽名遥诉。最后做傳輸
- 如果是用戶密碼的話建議用HMac做Hash脫敏處理，然后單獨使用非對稱加密進一步加強安全性噪叙。
