對稱加密之DES

1. 什么是DES

DES(Data Encryption Standard)是1977年美國聯(lián)邦信息處理標準(FIPS)中所采用的一種對稱密碼 (FIPS46.3)做鹰。DES一直以來被美國以及其他國家的政府和銀行等廣泛使用俏站。然而慢味，隨著計算機的進步亲桦，現(xiàn)在 DES已經(jīng)能夠被暴力破解，強度大不如前了蜀备。

RSA公司舉辦過破澤DES密鑰的比賽(DESChallenge)蚁孔，我們可以看一看RSA公司官方公布的比賽結(jié)果:

1997年的DES Challenge1中用了96天破譯密鑰
1998年的DES ChallengeIl-I中用了41天破譯密鑰
1998年的DES ChallengeII-2中用了56小時破譯密鑰
1999年的DES ChallengeIll中只用了22小時15分鐘破譯密鑰

由于DES的密文可以在短時間內(nèi)被破譯，因此除了用它來解密以前的密文以外豪筝，現(xiàn)在我們不應(yīng)該再使用DES了痰滋。

2. DES加密和解密

DES是一種將64比特的明文加密成64比特的密文的對稱密碼算法摘能，它的密鑰長度是56比特。盡管從規(guī)格上來說即寡，DES的密鑰長度是64比特徊哑，但由于每隔7比特會設(shè)置一個用于錯誤檢查的比特，因此實質(zhì)上其密鑰長度是56 比特聪富。

DES是以64比特的明文(比特序列)為一個單位來進行加密的莺丑，這個64比特的單位稱為分組。一般來說墩蔓，以分組為單位進行處理的密碼算法稱為分組密碼(blockcipher)梢莽，DES就是分組密碼的一種。

DES的加密與解密 - 圖例.png

3. Go語言中對DES的操作

3.1. 加解密實現(xiàn)思路

3.1.1. 加密 - CBC分組模式

1. 創(chuàng)建并返回一個使用DES算法的cipher.Block接口
  1.1 秘鑰長度為64bit, 即 64/8 = 8字節(jié)(byte)
1. 對最后一個明文分組進行數(shù)據(jù)填充
  2.1 DES是以64比特的明文(比特序列)為一個單位來進行加密的
  2.2 最后一組不夠64bit, 則需要進行數(shù)據(jù)填充( 參考第三章)
1. 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式的, 底層使用DES加密的BlockMode接口
1. 加密連續(xù)的數(shù)據(jù)塊

3.1.2. 解密

1. 創(chuàng)建并返回一個使用DES算法的cipher.Block接口
1. 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式的, 底層使用DES解密的BlockMode接口
1. 數(shù)據(jù)塊解密
1. 去掉最后一組的填充數(shù)據(jù)

3.2. 加解密的代碼實現(xiàn)

分組添加填充數(shù)據(jù)和移除添加數(shù)據(jù)代碼:


/*
 * 使用PKCS#7的方式填充
 */
func PKCS7Padding(cipherText []byte, blockSize int) []byte {
    // 計算最后一個分組缺多少個字節(jié)
    padding := blockSize - (len(cipherText) % blockSize)

    // 創(chuàng)建一個大小為padding的切片, 每個字節(jié)的值為padding
    padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)

    // 將padText添加到原始數(shù)據(jù)的后邊, 將最后一個分組缺少的字節(jié)數(shù)補齊
    newText := append(cipherText, padText...)
    return newText
}

/*
 * 使用PKCS#7的方式移除
 */
func PKCS7UnPadding(origData []byte) []byte{
    // 計算數(shù)據(jù)的總長度
    length := len(origData)

    // 根據(jù)填充的字節(jié)值得到填充的次數(shù)
    number := int(origData[length-1])

    // 將尾部填充的number個字節(jié)去掉
    return origData[:(length-number)]
}

DES加密代碼:

/*
 * DES加密奸披，CBC分組模式
 *
 * scr：要加密的明文
 * key：秘鑰昏名，大小為8byte
 * vi：初始向量，大小為8byte
 */
func DesCBCEncrypt(src, key, vi []byte) []byte {
    // 創(chuàng)建并返回一個使用DES算法的cipher.Block接口
    block, err := des.NewCipher(key)

    // 判斷是否創(chuàng)建成功
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // 對明文進行數(shù)據(jù)填充（PKCS#7模式）
    src = tools.PKCS7Padding(src, block.BlockSize())

    // 創(chuàng)建一個密碼分組阵面，鏈接模式轻局， 底層使用DES加密的BlockMode接口
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, vi)

    // 加密連續(xù)的數(shù)據(jù)塊
    dst := src
    blockMode.CryptBlocks(dst, src)

    return dst
}

DES解密代碼:

/*
 * DES解密，CBC分組模式
 *
 * scr：要解密的密文
 * key：秘鑰样刷，大小為8byte
 * vi：初始向量仑扑，大小為8byte
 */
func DesCBCDecrypt(src, key, vi []byte) []byte {
    // 創(chuàng)建并返回一個使用DES算法的cipher.Block接口
    block, err := des.NewCipher(key)

    // 判斷是否創(chuàng)建成功
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式的, 底層使用DES解密的BlockMode接口
    blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, vi)

    // 解密數(shù)據(jù)
    dst := src
    blockMode.CryptBlocks(src, dst)

    // 去掉最后一組填充的數(shù)據(jù)
    dst = tools.PKCS7UnPadding(dst)

    return dst
}

測試函數(shù)：

func testDES()  {
    key := []byte("erlengzi")
    result := des.DesCBCEncrypt([]byte("床前明月光, 疑是地上霜. 舉頭望明月, 低頭思故鄉(xiāng)."),key, key)
    fmt.Println(string(result))
    result = des.DesCBCDecrypt(result, key, key)
    fmt.Println(string(result))
}

4. 三重DES

現(xiàn)在DES已經(jīng)可以在現(xiàn)實的時間內(nèi)被暴力破解，因此我們需要一種用來替代DES的分組密碼置鼻，三重DES就是出于這個目的被開發(fā)出來的镇饮。

三重DES(triple-DES)是為了增加DES的強度，將DES重復(fù)3次所得到的一種密碼算法箕母，通炒⒚辏縮寫為3DES。

4.1. 三重DES的加解密

三重DES的加解密機制如圖所示:

三重DES加密.png

三重DES解密.png

明文經(jīng)過三次DES處理才能變成最后的密文嘶是，由于 DES密鑰的長度實質(zhì)上是56比特钙勃，因此三重DES的密鑰長度就是56×3=168比特, 加上用于錯誤檢測的標志位8x3, 共192bit。

從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)聂喇，三重DES并不是進行三次DES加密(加密-->加密-->加密)辖源，而是加密-->解密-->加密的過程。在加密算法中加人解密操作讓人感覺很不可思議授帕，實際上這個方法是IBM公司設(shè)計出來的同木，目的是為了讓三重DES能夠兼容普通的DES浮梢。

當三重DES中所有的密鑰都相同時跛十，三重DES也就等同于普通的DES了。這是因為在前兩步加密-->解密之后秕硝，得到的就是最初的明文芥映。因此，以前用DES加密的密文，就可以通過這種方式用三重DES來進行解密奈偏。也就是說坞嘀，三重DES對DES具備向下兼容性。

如果密鑰1和密鑰3使用相同的密鑰惊来，而密鑰2使用不同的密鑰(也就是只使用兩個DES密鑰)丽涩，這種三重DES就稱為DES-EDE2。EDE表示的是加密(Encryption) -->解密(Decryption)-->加密(Encryption)這個流程裁蚁。

密鑰1矢渊、密鑰2、密鑰3全部使用不同的比特序列的三重DES稱為DES-EDE3枉证。

盡管三重DES目前還被銀行等機構(gòu)使用矮男，但其處理速度不高，而且在安全性方面也逐漸顯現(xiàn)出了一些問題室谚。

4.2. Go中對3DES的操作

4.2.1. 加解密實現(xiàn)思路

加密 - CBC分組模式

1. 創(chuàng)建并返回一個使用3DES算法的cipher.Block接口
  1.1 秘鑰長度為64bit*3=192bit, 即 192/8 = 24字節(jié)(byte)
1. 對最后一個明文分組進行數(shù)據(jù)填充
  2.1 3DES是以64比特的明文(比特序列)為一個單位來進行加密的
  2.2 最后一組不夠64bit, 則需要進行數(shù)據(jù)填充( 參考第三章)
1. 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式的, 底層使用3DES加密的BlockMode接口
1. 加密連續(xù)的數(shù)據(jù)塊

解密

1. 創(chuàng)建并返回一個使用3DES算法的cipher.Block接口
1. 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式的, 底層使用3DES解密的BlockMode接口
1. 數(shù)據(jù)塊解密
1. 去掉最后一組的填充數(shù)據(jù)

4.2.2. 加解密的代碼實現(xiàn)

3DES加密代碼:


/*
 * 3DES加密毡鉴，CBC分組模式
 *
 * scr：要加密的明文
 * key：秘鑰，大小為24byte
 * vi：初始向量秒赤，大小為8byte
 */
func TripleDesCBCEncrypt(src, key, vi []byte) []byte {
    // 創(chuàng)建并返回一個使用3DES算法的cipher.Block接口
    block, err := des.NewTripleDESCipher(key)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    // 對最后一組明文進行填充
    src = tools.PKCS7Padding(src, block.BlockSize())

    // 創(chuàng)建一個密碼分組為鏈接模式, 底層使用3DES加密的BlockMode模型
    blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, vi)

    // 加密數(shù)據(jù)
    dst := src
    blockMode.CryptBlocks(dst, src)

    return dst
}