加密原理介绍，代码实现DES、AES、RSA、Base64、MD5

关于网络安全的数据加密部分，本来打算总结一篇博客搞定，没想到东西太多，这已是第三篇了，而且这篇写了多次，熬了多次夜，真是again and again。起个名字：数据加密三部曲，前两部链接如下：

  1. 整体介绍：网络安全——数据的加密与签名,RSA介绍
  2. 编码与哈希实现：网络安全——Base64编码、MD5、SHA1-SHA512、HMAC(SHA1-SHA512)哈希
  3. 本篇DES、AES、RSA加密的介绍与实现

github下载地址

https://github.com/mddios/EncryptionTools

代码提供两种加解密方法：

一、DES对称加密

关于DES 3DES加密解密原理不再介绍，现在已经用的不多，如果你的项目还在使用DES加密，还是赶快换吧，换做AES或者更强的非对称RSA加密。

另外它与AES有很多的相似性，也可以参照AES介绍。下面是具体的用法。

对"123"加密，密钥为16进制的3031323334353637（01234567）

使用电脑终端：

echo -n "123" | openssl enc -des-ecb -a -K 3031323334353637

结果：
MV5dUGKtzbM=

代码加密解密使用：

首先引入头文件NSString+Encryption.h
/*
 DES加密 key为NSString形式 结果返回base64编码
 */
- (NSString *)desEncryptWithKey:(NSString *)key;

/*
 DES加密 key为NSData形式 结果返回NSData
 */
- (NSData *)desEncryptWithDataKey:(NSData *)key;

#pragma mark - DES解密

/*
 DES解密，字符串必须为base64格式，key为字符串形式
 */
- (NSString *)desDecryptWithKey:(NSString *)key;

/*
 DES解密
 */
+ (NSData *)desDecryptWithData:(NSData *)data dataKey:(NSData *)key;

二、AES对称加密

AES是高级加密标准Advanced Encryption Standard的缩写，有多种模式，下面介绍使用最多的两种

ECB（Electronic Code Book，电子密码本）模式

是一种基础的加密方式，要加密的数据被分割成分组长度相等的块（不足补齐，补齐方式下文介绍），然后单独的一个个组加密，合在一起输出组成密文。

电脑终端：

echo -n "123" | openssl enc -aes-128-ecb -a -K 30313233343536373839414243444546
加密结果：
0b6ikfq9CQs11aSCnNXIog==

代码加密解密使用：

首先引入头文件NSString+Encryption.h

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key Hex形式，密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，转换为16进制字符串长度为32、48、64，长度错误将抛出异常
 @return 加密结果为base64编码
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithHexKey:(NSString *)key;

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key 字符串形式，密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 @return 加密结果为base64编码
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithKey:(NSString *)key;

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key 密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 */
- (NSData *)aesECBEncryptWithDataKey:(NSData *)key;

/*
 ECB模式解密，返回base64编码
 */
- (NSString *)aesECBDecryptWithHexKey:(NSString *)key;

/*
 ECB模式解密，返回NSData
 */
- (NSData *)aesECBDecryptWithDataKey:(NSData *)key;

CBC（Cipher Block Chaining，加密块链）模式

http://7xs4tc.com1.z0.glb.clouddn.com/cipher01.png

是一种循环模式，也将要加密的数据分割为长度相等的组（不足补齐，补齐方式下文介绍)，前一个分组的密文和当前分组的明文异或操作后再加密，这样做的目的是增强破解难度，会比ECB安全一点。但是也因为他们的关联性，造成以下三个缺点：

  • 不利于并行计算：很明显第一组完成才能计算第二组然后第三组。。。
  • 误差传递：也是依次传递
  • 需要初始化向量IV：第二组根据第一组的结果来加密，那第一组根据谁呢？那就是需要额外提供初始化向量

可以在电脑终端(openssl)：

echo -n "123" | openssl enc -aes-128-cbc -a -K 30313233343536373839414243444546 -iv 30313233343536373839414243444546

结果：
5IQJlqxa2e5NGzGqqPpoSw==

代码加密解密使用：

首先引入头文件NSString+Encryption.h

/**
 AES-CBC模式加密，默认模式
 @param key Hex形式，密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，转换为16进制字符串长度为32、48、64，长度错误将抛出异常
 @param iv 进制字符串形式；初始化向量iv为16字节。如果为nil，则初始化向量为0
 @return 加密结果为base64编码
 */
- (NSString *)aesEncryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式加密，默认模式
 @param key 密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 @param iv 进制字符串形式；初始化向量iv为16字节。如果为nil，则初始化向量为0
 @return 加密结果为base64编码
 */
- (NSString *)aesEncryptWithKey:(NSString *)key iv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式加密，默认模式
 @param data 要加密的数据
 @param key 密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 @param iv 初始化向量iv为16字节。如果为nil，则初始化向量为0
 @return 加密结果为NSData形式
 */
- (NSData *)aesEncryptWithDataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv;

/**
 AES-CBC模式解密，要求NSString为base64的结果
 @param key 密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 @param iv 进制字符串形式；初始化向量iv为16字节。如果为nil，则初始化向量为0
 */
- (NSString *)aesBase64StringDecryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式解密
 @param key 密钥支持128 192 256bit，16、24、32字节，长度错误将抛出异常
 @param iv 初始化向量iv为16字节。如果为nil，则初始化向量为0
 */
+ (NSData *)aesDecryptWithData:(NSData *)data dataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv;

三、RSA非对称加密

关于介绍，之前的博客已经给出，具体可以参考：网络安全——数据的加密与签名,RSA介绍

openssl 生成的密钥PEM文件为Base64编码（这里的Base64格式，长度超过64字符插有换行，生成的私钥为PKCS#1格式），下面是具体的openssl生成公私钥步骤：

  • 1 生成私钥，1024bit，PKCS1Padding格式,Base64编码
命令行：openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024

结果如下：
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
  • 2 根据上面的私钥生成公钥
命令行：openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout

结果如下：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDOxoZIsFbFMeR0OWnc/sF5A3Gj
0BWsoClQW3BKgvMQ85ZXVCM67g6XItl5sSW2EyMaIeQ8tRsM0HI4oCvlOMjSVgdy
ZmqbUfaZDoDYPW2pDbLqMDr/o1eKxYpssbAyH6ZDyJeTOEu9yF7XUsIilokzc0D9
i+uPc8yp/vLYTPDJEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
  • 3 将私钥生成pkcs8格式，可在iOS工程中直接使用
openssl pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt

结果：
-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----

可以在终端对"123"RSA加密，由于使用PKCS#1生成随机码，所以每次加密结果会不一样

echo "123" | openssl rsautl -encrypt  -inkey rsa_public_key.pem -pubin | Base64

加密结果(Base64)：
ZDBtICMxy2JHg6QDqolyAeqBRMseqJQ33tYQRE26c69/dGlS3TJ2xzMRZlsww+NnQH48KVthyCJ6nIhgAvhmAOaG+MvMqhZT/G180euH3OfLX8/VcIWqelxm8IYzA3NRD8n2jWbWoxZHh8Sp3n+YM7vor+8Q3SsFXMuurwT+xPI=

例程RSA加密使用了第三方框架，链接如下：https://github.com/ideawu/Objective-C-RSA，在使用时公钥可以直接使用，私钥需要使用pkcs8格式。公私钥可以加-----BEGIN PRIVATE KEY-----与-----END PRIVATE KEY-----，也可以不加，程序会自动处理。

四、实际使用

选择哪种算法当然是根据自己的需求来定

  • 如果不是关键的数据可以使用DES加密，或者Base64编码不直接看到数据即可，这样速度快
  • 稍微重要的数据，可以用AES加密，一定要保护好密钥
  • 关于钱、用户登陆之类的比较重要，数据量也少，可以使用RSA加密

另外，我们也可以对称加密和非对称加密结合使用，对数据进行AES或DES加密，AES或DES的密钥随机生成，并使用RSA将其加密。对方收到信息后，先RSA解密得到密钥，然后在解密得到加密的数据。这样的话，随机算法就比较重要。

五、关于Padding

  • 数据长度

AES和DES在ECB或者CBC模式下，要加密的数据必须是分组长度的整数倍，比如AES是128位16字节，而DES是64位8字节，那么加密数据必须是16(AES)或者8(DES)的整数倍，如果不是那么就需要填充（pad）。

  • 密钥长度

不像数据长度必须是block的整数倍，密钥长度是固定的。

AES有三种：128、192、256bit

pad的方式有很多种，而且你也可以自定义，用的比较多的有PKCS7Padding、PKCS1Padding和PKCS5Padding。

  • PKCS7Padding：用十六进制0x07来填充，下面为一个简单的实现方法（其实很多加密工具已经实现，这里只是举个例子）
// plainData为要加密的数据，“16”是block大小
while (plainData.length % 16 != 0) {
    // PKCS7Padding模式
    Byte PKCS7Pad = 0x07;
    [plainData appendData:[[NSData alloc] initWithBytes:&PKCS7Pad length:1]];
}
  • PKCS5Padding：稍麻烦一点，比如需要填充7个字节就填充0x07，需要填充6个字节就是0x06。。。需要填充1个字节就是0x01

加解密双方必须使用相同的方式，不然解密就会失败。

关于电脑终端Openssl加密解密命令

对"123"加密，密钥为"30313233343536373839414243444546"(16进制，对应ASCII码为0~F)，初始化向量为"30313233343536373839414243444546"(16进制，对应ASCII码为0~F)

echo -n "123" | openssl enc -aes-128-cbc -a -A -K 30313233343536373839414243444546 -iv 30313233343536373839414243444546

下面对参数做说明：

  • echo -n "123" |：输出123且不换行，“|”是管道符号，将前面的输出作为后面的输入，即"123"作为后面要加密的数据。openssl命令是对文件加密，这样做好处是直接可以对字符串加密。
  • enc：对称加密
  • -aes-128-cbc：算法名字模式
  • -a：加密结果进行base64编码
  • -A：输出不换行，默认情况下，base64编码结果换行
  • -K：后面跟密钥，16进制形式
  • -iv：初始化向量(CBC模式有)

如果想对openssl有更详细的了解，可以参考 赵春平写的《Openssl编程》里面有很多实用东西，另外也将书的pdf格式上传到了github工程里面，链接见文章最后

posted @ 2016-06-13 23:13  时间已静止  阅读(7660)  评论(5)  编辑  收藏  举报