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  • 加密原理介绍，代码实现DES、AES、RSA、Base64、MD5

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    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)

    网络安全——Base64编码、MD5、SHA1-SHA512、HMAC(SHA1-SHA512)哈希

     

    据说今天520是个好日子，为什么我想起的是502、500、404这些？还好服务器没事！

    一、Base64编码

    Base64编码要求把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式，这样每一个字节的有效位为6位，则取值范围0~630 ~ (2^6 - 1)。如果最后剩下的字符不到3个字节，则用0填充，输出字符使用'='，因此我们看到Base64末尾会有1到2个'='。另外标准还要求每76个字符要插入换行(不过，这个视具体情况定)。

    iOS7之后苹果有自己的Base64编码解码API，NSData的扩展：NSData (NSDataBase64Encoding)

    两种存储方式

    • 可见字符串形式

    为了保证所输出的每一个编码字节都是可读字符，而不是0~63这些数字，Base64制作了一个码表，就像ASCII码表一样，每一个Base64码值都有对应的字符。64个可读字符从0到63非别是A-Z、a-z、0-9、+、/，这也是Base64名字的由来。

    • 以16进制形式

    即NSData形式保存，Base64编码结果为字符，而这些字符又对应ASCII码表的码值，NSData就是存储ASCII码表的码值。

    下面举个例子，并以苹果提供的API来详细介绍Base64编码解码过程：

    假设我们对字符串"123"进行Base64编码，"123"对应的16进制是313233，二进制为00110001、00110010、00110011，将其变为4*6结果即下表中的第一行。然后根据Base64的码表，它们分别对应表中的第二行。那么"123"编码的最终结果即为MTIz，以字符串的形式保存。然后根据MTIz对应ASCII码值，以NSData形式存储，如表中的第三行。

    转换为4*6结果00001100000100110000100000110011
    Base64对应字符 M T I z
    对应ASCII码值(16进制) 4d 54 49 7a

    上面的过程通过代码实现如下：

    // 1 待编码的原始字符串
NSString *plainStr = @"123";
// 2 将其转换成NSData保存，那么"123"对应的ASCII码表码值是31、32、33（16进制）
NSData *plainData = [plainStr dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
// 3.1 将其进行Base64编码，且结果以字符串形式保存，对应表中的第二行
NSString *baseStr = [plainData base64EncodedStringWithOptions:0];
// 3.2 将其进行Base64编码，且结果以NSData形式保存
NSData *base64Data = [plainData base64EncodedDataWithOptions:0];

    另外对于参数NSDataBase64EncodingOptions选项，有多种取值

    • NSDataBase64Encoding64CharacterLineLength：每64个字符插入 或
    • NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength：每76个字符插入 或 ，标准中有要求是76个字符要换行，不过具体还是自己定
    • NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn：插入字符为
    • NSDataBase64EncodingEndLineWithLineFeed：插入字符为

    前两个选项为是否允许插入字符，以及多少个字符长度插入，两个可以选其一或者都不选。后两个选项代表要插入的具体字符。比如我们想76个字符后插入一个 则可以NSDataBase64Encoding76CharacterLineLength | NSDataBase64EncodingEndLineWithCarriageReturn。而在上面举的例子中选项为0，则代表不插入字符。

    第三方框架

    在iOS7之前我们一般用的都是第三方框架，比如nicklockwood写的https://github.com/nicklockwood/Base64还有Google的GTMBase64，虽然苹果有了自己的实现，但是许多其它的加密框架都用到了它，所以还是要了解一下，另外它还提供任意长度字符插入 ，而苹果只能是64或76长度。

    二、MD5、SHA1、SHA256、SHA512、HMAC实现

    主要用于验证，防止信息被修改。介绍请参照http://www.jianshu.com/p/003b85fd3e36。

    具体的实现参考第三方框架：https://github.com/kelp404/CocoaSecurity。非常全面，不过不是太方便，比如想要获得MD5结果

    NSString *plainStr = @"123";
CocoaSecurityResult *md5 = [CocoaSecurity md5:plainStr];
// 获取md5结果
NSString *md5Str = md5.hexLower;

    不能直接plainStr.MD5Hash就获得字符串形式的结果，这里我封装了一个，可以参见工程中的NSString+Hash类https://github.com/mddios/EncryptionTools,可以直接对字符串进行操作，类似plainStr.MD5Hash、plainStr.sha1Hash···plainStr.sha256Hash···，非常方便。

    比如对@"123"哈希，下面用上面提到的两种方法举例:

    - (void)hashTest {
    NSString *plainStr = @"123";
    // md5
    CocoaSecurityResult *md5 = [CocoaSecurity md5:plainStr];
    NSLog(@"md5:%lu---%@---%@",plainStr.md5Hash.length, plainStr.md5Hash,md5.hex);
    // 40
    CocoaSecurityResult *sha1 = [CocoaSecurity sha1:plainStr];
    NSLog(@"sha1:%lu---%@---%@",plainStr.sha1Hash.length,  plainStr.sha1Hash,sha1.hex);
    // 56
    CocoaSecurityResult *sha224 = [CocoaSecurity sha224:plainStr];
    NSLog(@"sha224:%lu---%@---%@",plainStr.sha224Hash.length,plainStr.sha224Hash,sha224.hex);
    // 64
    CocoaSecurityResult *sha256 = [CocoaSecurity sha256:plainStr];
    NSLog(@"sha256:%lu---%@---%@",plainStr.sha256Hash.length,plainStr.sha256Hash,sha256.hex);
    // 96
    CocoaSecurityResult *sha384 = [CocoaSecurity sha384:plainStr];
    NSLog(@"sha384:%lu---%@---%@",plainStr.sha384Hash.length,plainStr.sha384Hash,sha384.hex);
    // 128
    CocoaSecurityResult *sha512 = [CocoaSecurity sha512:plainStr];
    NSLog(@"sha512:%lu---%@---%@",plainStr.sha512Hash.length,plainStr.sha512Hash,sha512.hex);
    
    // hmac
    CocoaSecurityResult *hmacmd5 = [CocoaSecurity hmacMd5:plainStr hmacKey:plainStr];
    NSLog(@"hmacmd5:%lu---%@---%@",[plainStr hmacMD5WithKey:plainStr].length,[plainStr hmacMD5WithKey:plainStr],hmacmd5.hex);
}
    • 在电脑终端来获取结果

    封装的代码中NSString+Hash.h头文件，有具体列出终端命令方法，如下：

    /// 返回结果：32长度   终端命令：md5 -s "123"
- (NSString *)md5Hash;

/// 返回结果：40长度   终端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha1
- (NSString *)sha1Hash;

/// 返回结果：56长度   终端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha224
- (NSString *)sha224Hash;

/// 返回结果：64长度   终端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha256
- (NSString *)sha256Hash;

/// 返回结果：96长度   终端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha384
- (NSString *)sha384Hash;

/// 返回结果：128长度   终端命令：echo -n "123" | openssl sha -sha512
- (NSString *)sha512Hash;

#pragma mark - HMAC

/// 返回结果：32长度  终端命令：echo -n "123" | openssl dgst -md5 -hmac "123"
- (NSString *)hmacMD5WithKey:(NSString *)key;

/// 返回结果：40长度   echo -n "123" | openssl sha -sha1 -hmac "123"
- (NSString *)hmacSHA1WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA224WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA256WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA384WithKey:(NSString *)key;
- (NSString *)hmacSHA512WithKey:(NSString *)key;
    • 关于MD5加盐，只是多了下面第一行
    plainStr = [plainStr stringByAppendingString:salt];
NSString *md5Str = plainStr.md5Hash;

    github代码下载地址

    https://github.com/mddios/EncryptionTools
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