When I see you again(加密原理介紹，代碼實現DES、AES、RSA、Base64、MD5)

来源:http://www.cnblogs.com/mddblog/archive/2016/06/13/5582430.html
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關於網路安全的數據加密部分，本來打算總結一篇博客搞定，沒想到東西太多，這已是第三篇了，而且這篇寫了多次，熬了多次夜，真是again and again。起個名字： 數據加密三部曲 ，前兩部鏈接如下： 1. 整體介紹： "網路安全——數據的加密與簽名,RSA介紹" 2. 編碼與哈希實現： "網路安全— ...


關於網路安全的數據加密部分，本來打算總結一篇博客搞定，沒想到東西太多，這已是第三篇了，而且這篇寫了多次，熬了多次夜，真是again and again。起個名字：數據加密三部曲，前兩部鏈接如下：

  1. 整體介紹：網路安全——數據的加密與簽名,RSA介紹
  2. 編碼與哈希實現：網路安全——Base64編碼、MD5、SHA1-SHA512、HMAC(SHA1-SHA512)哈希
  3. 本篇DES、AES、RSA加密的介紹與實現

github下載地址

https://github.com/mddios/EncryptionTools

代碼提供兩種加解密方法：

一、DES對稱加密

關於DES 3DES加密解密原理不再介紹，現在已經用的不多，如果你的項目還在使用DES加密，還是趕快換吧，換做AES或者更強的非對稱RSA加密。

另外它與AES有很多的相似性，也可以參照AES介紹。下麵是具體的用法。

對"123"加密，密鑰為16進位的3031323334353637（01234567）

使用電腦終端：

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

結果：
MV5dUGKtzbM=

代碼加密解密使用：

首先引入頭文件NSString+Encryption.h
/*
 DES加密 key為NSString形式 結果返回base64編碼
 */
- (NSString *)desEncryptWithKey:(NSString *)key;

/*
 DES加密 key為NSData形式 結果返回NSData
 */
- (NSData *)desEncryptWithDataKey:(NSData *)key;

#pragma mark - DES解密

/*
 DES解密，字元串必須為base64格式，key為字元串形式
 */
- (NSString *)desDecryptWithKey:(NSString *)key;

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

二、AES對稱加密

AES是高級加密標準Advanced Encryption Standard的縮寫，有多種模式，下麵介紹使用最多的兩種

ECB（Electronic Code Book，電子密碼本）模式

是一種基礎的加密方式，要加密的數據被分割成分組長度相等的塊（不足補齊，補齊方式下文介紹），然後單獨的一個個組加密，合在一起輸出組成密文。

電腦終端：

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

代碼加密解密使用：

首先引入頭文件NSString+Encryption.h

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key Hex形式，密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，轉換為16進位字元串長度為32、48、64，長度錯誤將拋出異常
 @return 加密結果為base64編碼
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithHexKey:(NSString *)key;

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key 字元串形式，密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 @return 加密結果為base64編碼
 */
- (NSString *)aesECBEncryptWithKey:(NSString *)key;

/**
 AES-ECB模式加密
 @param key 密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 */
- (NSData *)aesECBEncryptWithDataKey:(NSData *)key;

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

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

CBC（Cipher Block Chaining，加密塊鏈）模式

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

是一種迴圈模式，也將要加密的數據分割為長度相等的組（不足補齊，補齊方式下文介紹)，前一個分組的密文和當前分組的明文異或操作後再加密，這樣做的目的是增強破解難度，會比ECB安全一點。但是也因為他們的關聯性，造成以下三個缺點：

  • 不利於並行計算：很明顯第一組完成才能計算第二組然後第三組。。。
  • 誤差傳遞：也是依次傳遞
  • 需要初始化向量IV：第二組根據第一組的結果來加密，那第一組根據誰呢？那就是需要額外提供初始化向量

可以在電腦終端(openssl)：

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

結果：
5IQJlqxa2e5NGzGqqPpoSw==

代碼加密解密使用：

首先引入頭文件NSString+Encryption.h

/**
 AES-CBC模式加密，預設模式
 @param key Hex形式，密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，轉換為16進位字元串長度為32、48、64，長度錯誤將拋出異常
 @param iv 進位字元串形式；初始化向量iv為16位元組。如果為nil，則初始化向量為0
 @return 加密結果為base64編碼
 */
- (NSString *)aesEncryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式加密，預設模式
 @param key 密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 @param iv 進位字元串形式；初始化向量iv為16位元組。如果為nil，則初始化向量為0
 @return 加密結果為base64編碼
 */
- (NSString *)aesEncryptWithKey:(NSString *)key iv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式加密，預設模式
 @param data 要加密的數據
 @param key 密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 @param iv 初始化向量iv為16位元組。如果為nil，則初始化向量為0
 @return 加密結果為NSData形式
 */
- (NSData *)aesEncryptWithDataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv;

/**
 AES-CBC模式解密，要求NSString為base64的結果
 @param key 密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 @param iv 進位字元串形式；初始化向量iv為16位元組。如果為nil，則初始化向量為0
 */
- (NSString *)aesBase64StringDecryptWithHexKey:(NSString *)key hexIv:(NSString *)iv;

/**
 AES-CBC模式解密
 @param key 密鑰支持128 192 256bit，16、24、32位元組，長度錯誤將拋出異常
 @param iv 初始化向量iv為16位元組。如果為nil，則初始化向量為0
 */
+ (NSData *)aesDecryptWithData:(NSData *)data dataKey:(NSData *)key dataIv:(NSData *)iv;

三、RSA非對稱加密

關於介紹，之前的博客已經給出，具體可以參考：網路安全——數據的加密與簽名,RSA介紹

openssl 生成的密鑰PEM文件為Base64編碼（這裡的Base64格式，長度超過64字元插有換行，生成的私鑰為PKCS#1格式），下麵是具體的openssl生成公私鑰步驟：

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

結果如下：
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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-----END RSA PRIVATE KEY-----
  • 2 根據上面的私鑰生成公鑰
命令行：openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout

結果如下：
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDOxoZIsFbFMeR0OWnc/sF5A3Gj
0BWsoClQW3BKgvMQ85ZXVCM67g6XItl5sSW2EyMaIeQ8tRsM0HI4oCvlOMjSVgdy
ZmqbUfaZDoDYPW2pDbLqMDr/o1eKxYpssbAyH6ZDyJeTOEu9yF7XUsIilokzc0D9
i+uPc8yp/vLYTPDJEQIDAQAB
-----END PUBLIC KEY-----
  • 3 將私鑰生成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

結果：
-----BEGIN PRIVATE KEY-----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-----END PRIVATE KEY-----

可以在終端對"123"RSA加密，由於使用PKCS#1生成隨機碼，所以每次加密結果會不一樣

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

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

常式RSA加密使用了第三方框架，鏈接如下：https://github.com/ideawu/Objective-C-RSA，在使用時公鑰可以直接使用，私鑰需要使用pkcs8格式。公私鑰可以加-----BEGIN PRIVATE KEY-----與-----END PRIVATE KEY-----，也可以不加，程式會自動處理。

四、實際使用

選擇哪種演算法當然是根據自己的需求來定

  • 如果不是關鍵的數據可以使用DES加密，或者Base64編碼不直接看到數據即可，這樣速度快
  • 稍微重要的數據，可以用AES加密，一定要保護好密鑰
  • 關於錢、用戶登陸之類的比較重要，數據量也少，可以使用RSA加密

另外，我們也可以對稱加密和非對稱加密結合使用，對數據進行AES或DES加密，AES或DES的密鑰隨機生成，並使用RSA將其加密。對方收到信息後，先RSA解密得到密鑰，然後在解密得到加密的數據。這樣的話，隨機演算法就比較重要。

五、關於Padding

  • 數據長度

AES和DES在ECB或者CBC模式下，要加密的數據必須是分組長度的整數倍，比如AES是128位16位元組，而DES是64位8位元組，那麼加密數據必須是16(AES)或者8(DES)的整數倍，如果不是那麼就需要填充（pad）。

  • 密鑰長度

不像數據長度必須是block的整數倍，密鑰長度是固定的。

AES有三種：128、192、256bit

pad的方式有很多種，而且你也可以自定義，用的比較多的有PKCS7Padding、PKCS1Padding和PKCS5Padding。

  • PKCS7Padding：用十六進位0x07來填充，下麵為一個簡單的實現方法（其實很多加密工具已經實現，這裡只是舉個例子）
// plainData為要加密的數據，“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：稍麻煩一點，比如需要填充7個位元組就填充0x07，需要填充6個位元組就是0x06。。。需要填充1個位元組就是0x01

加解密雙方必須使用相同的方式，不然解密就會失敗。

關於電腦終端Openssl加密解密命令

對"123"加密，密鑰為"30313233343536373839414243444546"(16進位，對應ASCII碼為0~F)，初始化向量為"30313233343536373839414243444546"(16進位，對應ASCII碼為0~F)

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

下麵對參數做說明：

  • echo -n "123" |：輸出123且不換行，“|”是管道符號，將前面的輸出作為後面的輸入，即"123"作為後面要加密的數據。openssl命令是對文件加密，這樣做好處是直接可以對字元串加密。
  • enc：對稱加密
  • -aes-128-cbc：演算法名字模式
  • -a：加密結果進行base64編碼
  • -A：輸出不換行，預設情況下，base64編碼結果換行
  • -K：後面跟密鑰，16進位形式
  • -iv：初始化向量(CBC模式有)

另外，預設pad為PKCS5Padding

如果想對openssl有更詳細的瞭解，可以參考 趙春平寫的《Openssl編程》裡面有很多實用東西，另外也將書的pdf格式上傳到了github工程裡面，鏈接見文章最後


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