Golang DES 加解密

【导读】本文介绍了 DES 加密原理和作用，和 golang 中 DES 加密解密机制的相应实现。

概念理解

DES是以64比特的明文为一个单位来进行加密，并生成64比特的密文。由于它每次只能处理特定长度的一块数据，所以DES属于分组密码算法。cypto/des包提供了有关des加密的功能。

模式

由于分组密码算法只能加密固定长度的分组，所以当加密的明文超过分组密码的长度时，就需要对分组密码算法进行迭代，而迭代的方法就称为分组密码的模式。模式主要有ECB(电子密码本)、CBC(密码分组链接模式)、CTR(计数器模式)、OFB(输出反馈模式)、CFB(密码反馈模式)五种。下面简单介绍下前两种：

1. ECB(electronic code book)是最简单的方式，它将明文分组加密后的结果直接成为密文分组。
   优缺点：模式操作简单；明文中的重复内容将在密文中表现出来，特别对于图像数据和明文变化较少的数据；适于短报文的加密传递。
   
2. CBC(cipher block chaining)的原理是加密算法的输入是当前的明文分组和前一密文分组的异或，第一个明文分组和一个初始向量进行异或，这样同一个明文分组重复出现时会产生不同的密文分组。
   特点：同一个明文分组重复出现时产生不同的密文分组；加密函数的输入是当前的明文分组和前一个密文分组的异或；每个明文分组的加密函数的输入与明文分组之间不再有固定的关系；适合加密长消息。
   

填充方式

在按8个字节对DES进行加密或解密时，如果最后一段字节不足8位，就需要对数据进行补位。即使加密或解密的数据刚好是8的倍数时，也会再补8位。举个栗子，如果末尾刚好出现1，这时你就无法判断这个1是原来数据，还是经过补位得到的1。因此，可以再补8位进行标识。填充方式主要有以下几种：pkcs7padding、pkcs5padding、zeropadding、iso10126、ansix923。

1. pkcs7padding和pkcs5padding的填充方式相同，填充字节的值都等于填充字节的个数。例如需要填充4个字节，则填充的值为"4 4 4 4"。
2. zeropadding填充字节的值都为0。

密码

DES的密钥长度是64比特，但由于每隔7个比特会设置一个用于错误检测的比特，因此其实质密钥长度为56比特。

偏移量

上面模式中，例如CBC，再加密第一个明文分组时，由于不存在“前一个密文分组”，因此需要事先准备一个长度为一个分组的比特序列来代替“前一个密文分组”，这个比特序列成为初始化向量，也称偏移量，通常缩写为IV。一般来说，每次加密时都会随机产生一个不同的比特序列来作为初始化向量。偏移量的长度必须和块的大小相同。

输出

加密后的字节在显示时可以进行hex和base64编码，hex是十六进制编码，base64是一种基于64个可打印字符来标识二进制数据的方法。

下面以上面提到的几种模式和填充方式为例，进行演示如何在代码中使用。

加密模式采用ECB、填充方式采用pkcs5padding、密码使用"12345678",输出时经hex编码。自己可以通过一些在线测试工具进行测试，看结果是否一致。

package main

import (
 "crypto/des"
 "qiniupkg.com/x/errors.v7"
 "bytes"
 "fmt"
 "encoding/hex"
)

func main() {
 data:=[]byte("hello world")
 key:=[]byte("12345678")
 result,err:=DesECBEncrypt(data,key)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
 a:=hex.EncodeToString(result)
 fmt.Println(a)
}

func DesECBEncrypt(data, key []byte) ([]byte, error) {
    //NewCipher创建一个新的加密块
 block, err := des.NewCipher(key)
 if err != nil {
  return nil, err
 }

 bs := block.BlockSize()
 data = Pkcs5Padding(data, bs)
 if len(data)%bs != 0 {
  return nil, errors.New("need a multiple of the blocksize")
 }

 out := make([]byte, len(data))
 dst := out
 for len(data) > 0 {
        //Encrypt加密第一个块，将其结果保存到dst
  block.Encrypt(dst, data[:bs])
  data = data[bs:]
  dst = dst[bs:]
 }
 return out, nil
}

func Pkcs5Padding(ciphertext []byte, blockSize int) []byte {
 padding := blockSize - len(ciphertext)%blockSize
 padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
 return append(ciphertext, padtext...)
}

下面加密模式采用CBC、填充方式采用pkcs5padding、密码使用"12345678"、偏移量"43218765"，输出时以hex方式输出。自己可以通过一些在线测试工具进行测试，看结果是否一致。

package main

import (
 "crypto/des"
 "bytes"
 "fmt"
 "encoding/hex"
 "crypto/cipher"
)

func main() {
 data := []byte("hello world")
 key := []byte("12345678")
 iv := []byte("43218765")

 result, err := DesCBCEncrypt(data, key, iv)
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
 }
 b := hex.EncodeToString(result)
 fmt.Println(b)
}

func DesCBCEncrypt(data, key, iv []byte) ([]byte, error) {
 block, err := des.NewCipher(key)
 if err != nil {
  return nil, err
 }

 data = pkcs5Padding(data, block.BlockSize())
 cryptText := make([]byte, len(data))

 blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
 blockMode.CryptBlocks(cryptText, data)
 return cryptText, nil
}

func pkcs5Padding(cipherText []byte, blockSize int) []byte {
 padding := blockSize - len(cipherText)%blockSize
 padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
 return append(cipherText, padText...)
}

第三方包

github.com/marspere/goencrypt包实现了多种加密算法，包括对称加密和非对称加密等。

package main

import (
 "fmt"
 "github.com/marspere/goencrypt"
)

func main() {
 // key为12345678
 // iv为空
 // 采用ECB分组模式
 // 采用pkcs5padding填充模式
 // 输出结果使用base64进行加密
 cipher := goencrypt.NewDESCipher([]byte("12345678"), []byte(""), goencrypt.ECBMode, goencrypt.Pkcs5, goencrypt.PrintBase64)
 cipherText, err := cipher.DESEncrypt([]byte("hello world"))
 if err != nil {
  fmt.Println(err)
  return
 }
 fmt.Println(cipherText)
}