go 密码学

2022-05-31 12:01:01 作者：互联网

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1.1 对称加密

加密过程的每一步都是可逆的。加密和解密用的是同一组密钥。异或是最简单的对称加密算法。
DES（Data Encryption Standard）数据加密标准，是目前最为流行的加密算法之一。对原始数据（明文）进行分组，每组64位，最后一组不足64位时按一定规则填充。每一组上单独施加DES算法。

DES子密钥生成
初始密钥64位，实际有效位56位，每隔7位有一个校验位。根据初始密钥生成16个48位的子密钥。我们可以看到下面的置换表是没有8或者8的倍数

N取值从1到16，N和x有固定的映射表。
DES加密过程

L1, R1 = f(L0, R0, K1)，依此循环，得到L16和R16。
S盒替换。输入48位，输出32位。各分为8组，输入每组6位，输出每组4位。分别在每组上施加S盒替换，一共8个S盒。

DES加密过程

//XOR 异或运算，要求plain和key的长度相同
func XOR(plain string, key []byte) string {
	bPlain := []byte(plain)
	bCipher := make([]byte, len(key))
	for i, k := range key {
		bCipher[i] = k ^ bPlain[i]
	}
	cipher := string(bCipher)
	return cipher
}

分组模式。CBC（Cipher Block Chaining ）密文分组链接模式，将当前明文分组与前一个密文分组进行异或运算，然后再进行加密。其他分组模式还有ECB, CTR, CFR, OFB。

func DesEncryptCBC(text string, key []byte) (string, error) {
	src := []byte(text)
	block, err := des.NewCipher(key) //用des创建一个加密器cipher
	if err != nil {
		return "", err
	}
	blockSize := block.BlockSize()           //分组的大小，blockSize=8
	src = common.ZeroPadding(src, blockSize) //填充

	out := make([]byte, len(src))                   //密文和明文的长度一致
	encrypter := cipher.NewCBCEncrypter(block, key) //CBC分组模式加密
	encrypter.CryptBlocks(out, src)
	return hex.EncodeToString(out), nil
}

func DesDecryptCBC(text string, key []byte) (string, error) {
	src, err := hex.DecodeString(text) //转成[]byte
	if err != nil {
		return "", err
	}
	block, err := des.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return "", err
	}

	out := make([]byte, len(src))                   //密文和明文的长度一致
	encrypter := cipher.NewCBCDecrypter(block, key) //CBC分组模式解密
	encrypter.CryptBlocks(out, src)
	out = common.ZeroUnPadding(out) //反填充
	return string(out), nil
}

AES（Advanced Encryption Standard）高级加密标准，旨在取代DES。

2.1 非对称加密

使用公钥加密，使用私钥解密。
公钥和私钥不同。
公钥可以公布给所有人。
私钥只有自己保存。
相比于对称加密，运算速度非常慢。

对称加密和非对称加密结合使用的案例。小明要给小红传输机密文件，他俩先交换各自的公钥，然后：
小明生成一个随机的AES口令，然后用小红的公钥通过RSA加密这个口令，并发给小红。
小红用自己的RSA私钥解密得到AES口令。
双方使用这个共享的AES口令用AES加密通信。

RSA是三个发明人名字的缩写：Ron Rivest，Adi Shamir，Leonard Adleman。密钥越长，越难破解。目前768位的密钥还无法破解（至少没人公开宣布）。因此可以认为1024位的RSA密钥基本安全，2048位的密钥极其安全。RSA的算法原理主要用到了数论。

RSA加密过程
随机选择两个不相等的质数p和q。p=61, q=53
计算p和q的乘积n。n=3233
计算n的欧拉函数φ(n) = (p-1)(q-1)。 φ(n) =3120
随机选择一个整数e，使得1< e < φ(n)，且e与φ(n) 互质。e=17
计算e对于φ(n)的模反元素d，即求解ed+ φ(n)y=1。d=2753, y=-15
将n和e封装成公钥，n和d封装成私钥。公钥=(3233，17)，公钥=(3233，2753)

// RSA加密
func RsaEncrypt(origData []byte) ([]byte, error) {
	//解密pem格式的公钥
	block, _ := pem.Decode(publicKey)
	if block == nil {
		return nil, errors.New("public key error")
	}
	// 解析公钥
	pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes) //目前的数字证书一般都是基于ITU（国际电信联盟）制定的X.509标准
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	// 类型断言
	pub := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
	//加密
	return rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, pub, origData)
}

// RSA解密
func RsaDecrypt(ciphertext []byte) ([]byte, error) {
	//解密
	block, _ := pem.Decode(privateKey)
	if block == nil {
		return nil, errors.New("private key error!")
	}
	//解析PKCS1格式的私钥
	priv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	// 解密
	return rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, priv, ciphertext)
}

ECC（Elliptic Curve Cryptography）椭圆曲线加密算法，相比RSA，ECC可以使用更短的密钥，来实现与RSA相当或更高的安全。定义了椭圆曲线上的加法和二倍运算。椭圆曲线依赖的数学难题是：k为正整数，P是椭圆曲线上的点（称为基点）, k*P=Q , 已知Q和P，很难计算出k。

func genPrivateKey() (*ecies.PrivateKey, error) {
	pubkeyCurve := elliptic.P256() // 初始化椭圆曲线
	// 随机挑选基点,生成私钥
	p, err := ecdsa.GenerateKey(pubkeyCurve, rand.Reader) //用golang标准库生成公私钥对
	if err != nil {
		return nil, err
	} else {
		return ecies.ImportECDSA(p), nil //转换成以太坊的公私钥对
	}
}

//ECCEncrypt 椭圆曲线加密
func ECCEncrypt(plain string, pubKey *ecies.PublicKey) ([]byte, error) {
	src := []byte(plain)
	return ecies.Encrypt(rand.Reader, pubKey, src, nil, nil)
}

//ECCDecrypt 椭圆曲线解密
func ECCDecrypt(cipher []byte, prvKey *ecies.PrivateKey) (string, error) {
	if src, err := prvKey.Decrypt(cipher, nil, nil); err != nil {
		return "", err
	} else {
		return string(src), nil
	}
}

3.1 hash算法

哈希函数的基本特征

输入可以是任意长度。
输出是固定长度。
根据输入很容易计算出输出。
根据输出很难计算出输入（几乎不可能）。
两个不同的输入几乎不可能得到相同的输出。
SHA（Secure Hash Algorithm）安全散列算法，是一系列密码散列函数，有多个不同安全等级的版本：SHA-1,SHA-224,SHA-256,SHA-384,SHA-512。其作用是防伪装，防窜扰，保证信息的合法性和完整性。
sha-1算法大致过程
填充。使得数据长度对512求余的结果为448。
在信息摘要后面附加64bit，表示原始信息摘要的长度。
初始化h0到h4，每个h都是32位。
h0到h4历经80轮复杂的变换。
把h0到h4拼接起来，构成160位，返回。

func Sha1(data string) string {
	sha1 := sha1.New()
	sha1.Write([]byte(data))
	return hex.EncodeToString(sha1.Sum(nil))
}

MD5（Message-Digest Algorithm 5）信息-摘要算法5，算法流程跟SHA-1大体相似。MD5的输出是128位，比SHA-1短了32位。MD5相对易受密码分析的攻击，运算速度比SHA-1快。

func Md5(data string) string {
	md5 := md5.New()
	md5.Write([]byte(data))
	return hex.EncodeToString(md5.Sum(nil))
}

哈希函数的应用场景

用户密码的存储。
文件上传/下载完整性校验。
mysql大字段的快速对比。数字签名

比特币中验证交易记录的真实性用的就是数字签名。先hash再用私钥加密的原因是：非对称加密计算量比较大，先hash可以把原始数据转一条很短的信息，提高计算效率。

标签：return,nil,err,go,加密,byte,密码学,string
来源： https://www.cnblogs.com/liwenchao1995/p/16329964.html