对称加密-CFANZ编程社区

1.1 基础知识点

知识点大纲介绍
- 密码的基础概念
- 对称加密
- 非对称加密
- 单向散列函数
  - 哈希函数
- 消息认证码
- 数字签名
- 证书
- ssl/tls - https
为什么要加密, 以及解决方案

保证数据安全
加密三要素
- 明文/密文
- 秘钥
  - 定长的字符串
  - 需要根据加密算法确定其长度
- 算法
  - 加密算法
  - 解密算法
  - 加密算法和解密算法有可能是互逆的, 也有可能相同
常用的两种加密方式
- 对称加密
  - 秘钥: 加密解密使用的是同一个秘钥, 秘钥有一个
  - 特点
    - 双方向保证机密性
    - 加密效率高, 适合加密大数据, 大文件
    - 加密强度不高, 相对于非对称加密
- 非对称加密
  - 秘钥: 加密解密使用的不同的秘钥, 秘钥有两个, 需要使用秘钥生成算法, 得到密钥对
    - 公钥 - 可以公开的秘钥
      - 公钥加密数据, 解密需要使用私钥
    - 私钥 - 需要妥善保管的秘钥, 知道的人越少越好
      - 私钥加密, 公钥解密
  - 特点:
    - 数据的机密性只能单方向保证
    - 加密效率低, 适合加密少量数据
    - 加密强度高, 相对于对称加密
凯撒密码

恺撒密码（Caesar cipher）是一种相传尤利乌斯·恺撒曾使用过的密码。恺撒于公元前100年左右诞生于古罗马，是一位著名的军事统帅。

凯撒密码加解密公式
- 加密
- 解密

凯撒密码中的加密三要素
- 明文/密文
  - 明文: 小写字母表中的数据
  - 密文: 大写字母表中的数据
- 秘钥
  - 按照上图秘钥为3
- 算法
  - 加密: +3
  - 解密: -3
凯撒密码的安全性

不安全

密码信息安全常识
- 不要使用保密的密码算法（普通公司和个人）
- 使用低强度的密码比不进行任何加密更危险
- 任何密码总有一天都会被破解
- 密码只是信息安全的一部分
密码信息威胁

思考：信息安全处理必须要具备哪些特性？

1.2 对称加密

编码的概念

G = 1024m

m = 1024kbyte

byte = 8bit

bit 0/1

hello world -> 比特序列

h -> int 104 ->
DES -- Data Encryption Standard
- 现在使用DES方式加密，数据还安全吗？
  - 不安全, 已经被破解了
- 是不是分组密码？
  - 是, 先对数据进行分组, 然后在加密或解密
- DES的分组长度?
  - 8byte == 64bit
- DES的秘钥长度?
  - 56bit秘钥长度+8bit错误检测标志位 = 64bit == 8byte
3DES -- Triple-DES
- 3DES安全吗?
  - 安全, 但是效率低
- 算法描述?
  - 进行了3次des加密
- 是不是分组密码?
  - 是
- 3DES分组长度?
  - 8字节
- 3DES秘钥长度?
  - 24字节, 在算法内部会被平均分成3份
- 3DES加密过程?
  - 秘钥1 -> 加密, 秘钥2 -> 解密, 秘钥3 -> 加密
- 3DES解密过程?
  - 秘钥1 -> 解密, 秘钥2 -> 加密, 秘钥3 -> 解密
AES -- Advanced Encryption Standard
- AES安全吗?
  - 安全, 效率高, 推荐使用的
- 是不是分组密码?
  - 是
- AES分组长度?
  - 128bit = 16字节
- AES秘钥长度?
  - 128bit = 16字节
  - 192bit = 24字节
  - 256bit = 32字节
  - go中的秘钥长度只能是16字节

1.3 分组密码的模式

按位异或

第一步需要将数据转换为二进制
按位异或操作符: ^
两个标志位进行按位异或操作:
- 相同为0, 不同为1

举例:

1 0 0 0   ----> 8
1 0 1 1   ----> 11
-----------------------按位异或一次
0 0 1 1   ---->  3
1 0 1 1   ----> 11
-----------------------按位异或两侧
1 0 0 0   -----> 8
=================================
a = 8
b = 11
a 和 b按位异或1次 ==> 加密
得到的结果再次和 b 按位异或 ===> 解密

ECB - Electronic Code Book, 电子密码本模式
- 特点: 简单, 效率高, 密文有规律, 容易被破解
- 最后一个明文分组必须要填充
  - des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
  - aes -> 最后一个分组填充满16字节
- 不需要初始化向量
CBC - Cipher Block Chaining, 密码块链模式
- 特点: 密文没有规律, 经常使用的加密方式
- 最后一个明文分组需要填充
  - des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
  - aes -> 最后一个分组填充满16字节
- 需要一个初始化向量 - 一个数组
  - 数组的长度: 与明文分组相等
  - 数据来源: 负责加密的人的提供的
  - 加解密使用的初始化向量值必须相同
CFB - Cipher FeedBack, 密文反馈模式
- 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
- 需要一个初始化向量 - 一个数组
  - 数组的长度: 与明文分组相等
  - 数据来源: 负责加密的人的提供的
  - 加解密使用的初始化向量值必须相同
- 不需要填充
OFB - Output-Feedback, 输出反馈模式
- 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
- 需要一个初始化向量 - 一个数组
  - 数组的长度: 与明文分组相等
  - 数据来源: 负责加密的人的提供的
  - 加解密使用的初始化向量值必须相同
- 不需要填充
CTR - CounTeR, 计数器模式
- 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
- 不需要初始化向量
  - go接口中的iv可以理解为随机数种子, iv的长度 == 明文分组的长度
- 不需要填充
最后一个明文分组的填充
- 使用cbc, ecb需要填充
  - 要求:
    - 明文分组中进行了填充, 然后加密
    - 解密密文得到明文, 需要把填充的字节删除
- 使用 ofb, cfb, ctr不需要填充
初始化向量 - IV
- ecb, ctr模式不需要初始化向量
- cbc, ofc, cfb需要初始化向量
  - 初始化向量的长度
    - des/3des -> 8字节
    - aes -> 16字节
  - 加解密使用的初始化向量相同

1.4 对称加密在go中的实现

des
3des

aes

# 加密流程:
1. 创建一个底层使用des/3des/aes的密码接口
 "crypto/des"
 func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- des
 func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error)   # -- 3des
 "crypto/aes"
 func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # == aes
2. 如果使用的是cbc/ecb分组模式需要对明文分组进行填充
3. 创建一个密码分组模式的接口对象
 - cbc
 func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode # 加密
 - cfb
 func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream # 加密
 - ofb
 - ctr
4. 加密, 得到密文