Go语言 Go加密之DES

接着RSA加密解密，我们继续来看看DES的加密解密

一、DES简介

DES（Data Encryption Standard）是对称加密算法，也就是加密和解密用相同的密钥。其入口参数有三个：key、data、mode。key为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文组，key用于对数据加密，当模式为解密模式时，key用于对数据解密。实际运用中，密钥只用到了64位中的56位，这样才具有高的安全性。DES 的常见变体是三重 DES，使用 168 位的密钥对资料进行三次加密的一种机制；它通常（但非始终）提供极其强大的安全性。如果三个 56 位的子元素都相同，则三重 DES 向后兼容 DES。

DES加密，涉及到加密模式和填充方式，所以，和其他语言加解密时，应该约定好加密模式和填充方式。（模式定义了Cipher如何应用加密算法。改变模式可以容许一个块加密程序变为流加密程序。）

关于分组加密：分组密码每次加密一个数据分组，这个分组的位数可以是随意的，一般选择64或者128位。另一方面，流加密程序每次可以加密或解密一个字节的数据，这就使它比流加密的应用程序更为有用。

在用DES加密解密时，经常会涉及到一个概念：块（block，也叫分组），模式（比如cbc），初始向量（iv），填充方式（padding，包括none，用’\0′填充，pkcs5padding或pkcs7padding）。多语言加密解密交互时，需要确定好这些。比如这么定：

    采用3DES、CBC模式、pkcs5padding，初始向量用key充当；另外，对于zero padding，还得约定好，对于数据长度刚好是block size的整数倍时，是否需要额外填充。

二、Go DES加密解密
1、crypto/des包

Go中crypto/des包实现了 Data Encryption Standard (DES) and the Triple Data Encryption Algorithm (TDEA)。查看该包文档，发现相当简单：
定义了DES块大小（8bytes），定义了一个KeySizeError。另外定义了两个我们需要特别关注的函数，即
1        func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error)
2        func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error)

他们都是用来获得一个cipher.Block。从名字可以很容易知道，DES使用NewCipher，3DES使用NewTripleDESCipher。参数都是密钥（key）
2、crypto/cipher包

那么，cipher这个包是干嘛用的呢？它实现了标准的块加密模式。我们看一下cipher.Block
1        type Block interface {
2            // BlockSize returns the cipher's block size.
3            BlockSize() int
4         
5            // Encrypt encrypts the first block in src into dst.
6            // Dst and src may point at the same memory.
7            Encrypt(dst, src []byte)
8         
9            // Decrypt decrypts the first block in src into dst.
10            // Dst and src may point at the same memory.
11            Decrypt(dst, src []byte)
12        }

这是一个接口

对称加密，按块方式，我们经常见到CBC、ECB之类的，这些是加密模式。可以参考：DES加密模式详解 http://linux.bokee.com/6956594.html
Go中定义了一个接口BlockMode代表各种模式
1        type BlockMode interface {
2            // BlockSize returns the mode's block size.
3            BlockSize() int
4         
5            // CryptBlocks encrypts or decrypts a number of blocks. The length of
6            // src must be a multiple of the block size. Dst and src may point to
7            // the same memory.
8            CryptBlocks(dst, src []byte)
9        }

该包还提供了获取BlockMode实例的两个方法
1        func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode
2        func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode

即一个CBC加密，一个CBC解密

对于按流方式加密的，定义了一个接口：
1        type Stream interface {
2            // XORKeyStream XORs each byte in the given slice with a byte from the
3            // cipher's key stream. Dst and src may point to the same memory.
4            XORKeyStream(dst, src []byte)
5        }

同样也提供了获取实现该接口的实例

这里，我们只讨论CBC模式
3、加密解密

1）DES
DES加密代码如下：
1        func DesEncrypt(origData, key []byte) ([]byte, error) {
2             block, err := des.NewCipher(key)
3             if err != nil {
4                  return nil, err
5             }
6             origData = PKCS5Padding(origData, block.BlockSize())
7             // origData = ZeroPadding(origData, block.BlockSize())
8             blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, key)
9             crypted := make([]byte, len(origData))
10              // 根据CryptBlocks方法的说明，如下方式初始化crypted也可以
11             // crypted := origData
12             blockMode.CryptBlocks(crypted, origData)
13             return crypted, nil
14        }

以上代码使用DES加密（des.NewCipher），加密模式为CBC（cipher.NewCBCEncrypter(block, key)），填充方式PKCS5Padding，该函数的代码如下：
1        func PKCS5Padding(ciphertext []byte, blockSize int) []byte {
2             padding := blockSize - len(ciphertext)%blockSize
3             padtext := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
4             return append(ciphertext, padtext...)
5        }

可见，数据长度刚好是block size的整数倍时，也进行了填充，如果不进行填充，unpadding会搞不定。
另外，为了方便，初始向量直接使用key充当了。

DES解密代码如下：
1        func DesDecrypt(crypted, key []byte) ([]byte, error) {
2             block, err := des.NewCipher(key)
3             if err != nil {
4                  return nil, err
5             }
6             blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, key)
7             origData := make([]byte, len(crypted))
8             // origData := crypted
9             blockMode.CryptBlocks(origData, crypted)
10             origData = PKCS5UnPadding(origData)
11             // origData = ZeroUnPadding(origData)
12             return origData, nil
13        }

可见，解密无非是调用cipher.NewCBCDecrypter，最后unpadding，其他跟加密几乎一样。相应的PKCS5UnPadding：
1        func ZeroUnPadding(origData []byte) []byte {
2             length := len(origData)
3             // 去掉最后一个字节 unpadding 次
4             unpadding := int(origData[length-1])
5             return origData[:(length - unpadding)]
6        }

2)、3DES

加密代码：
1        // 3DES加密
2        func TripleDesEncrypt(origData, key []byte) ([]byte, error) {
3             block, err := des.NewTripleDESCipher(key)
4             if err != nil {
5                  return nil, err
6             }
7             origData = PKCS5Padding(origData, block.BlockSize())
8             // origData = ZeroPadding(origData, block.BlockSize())
9             blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, key[:8])
10             crypted := make([]byte, len(origData))
11             blockMode.CryptBlocks(crypted, origData)
12             return crypted, nil
13        }

对比DES，发现只是换了NewTripleDESCipher。不过，需要注意的是，密钥长度必须24byte，否则直接返回错误。关于这一点，PHP中却不是这样的，只要是8byte以上就行；而Java中，要求必须是24byte以上，内部会取前24byte（相当于就是24byte）。

另外，初始化向量长度是8byte（目前各个语言都是如此，不是8byte会有问题）。然而，如果你用的Go是1.0.3（或以下），iv可以不等于8byte。其实，在cipher.NewCBCEncrypter方法中有注释：
The length of iv must be the same as the Block’s block size.
可是代码中的实现却没有做判断。不过，go tips中修正了这个问题，如果iv不等于block size（des为8），则直接panic。所以，对于加解密，一定要测试，保证iv等于block size，否则可能会panic：
1        func NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode {
2             if len(iv) != b.BlockSize() {
3                  panic("cipher.NewCBCDecrypter: IV length must equal block size")
4             }
5             return (*cbcDecrypter)(newCBC(b, iv))
6        }

此处之所有用panic而不是返回error，个人猜测，是由于目前发布的版本，该方法没有返回error，修改方法签名会导致兼容性问题，因此用panic了。

解密代码：
1        // 3DES解密
2        func TripleDesDecrypt(crypted, key []byte) ([]byte, error) {
3             block, err := des.NewTripleDESCipher(key)
4             if err != nil {
5                  return nil, err
6             }
7             blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, key[:8])
8             origData := make([]byte, len(crypted))
9             // origData := crypted
10             blockMode.CryptBlocks(origData, crypted)
11             origData = PKCS5UnPadding(origData)
12             // origData = ZeroUnPadding(origData)
13             return origData, nil
14        }
三、和其他语言交互：加解密

这次，我写了PHP、Java的版本，具体代码放在github上。这里说明一下，Java中，默认模式是ECB，且没有用”\0″填充的情况，只有NoPadding和PKCS5Padding；而PHP中（mcrypt扩展），默认填充方式是”\0″，而且，当数据长度刚好是block size的整数倍时，默认不会填充”\0″，这样，如果数据刚好是block size的整数倍且结尾字符是”\0″，会有问题。

综上，跨语言加密解密，应该使用PKCS5Padding填充。