加密对称（一）

对称加密

1.1 基础知识点

1. 知识点大纲介绍

   • 密码的基础概念
   • 对称加密
   • 非对称加密
   • 单向散列函数
     • 哈希函数
   • 消息认证码
   • 数字签名
   • 证书
   • ssl/tls - https

2. 为什么要加密, 以及解决方案

   保证数据安全

3. 加密三要素

   • 明文/密文
   • 秘钥
     • 定长的字符串
     • 需要根据加密算法确定其长度
   • 算法
     • 加密算法
     • 解密算法
     • 加密算法和解密算法有可能是互逆的, 也有可能相同

4. 常用的两种加密方式

   • 对称加密
     • 秘钥: 加密解密使用的是同一个秘钥, 秘钥有一个
     • 特点
       • 双方向保证机密性
       • 加密效率高, 适合加密大数据, 大文件
       • 加密强度不高, 相对于非对称加密
   • 非对称加密
     • 秘钥: 加密解密使用的不同的秘钥, 秘钥有两个, 需要使用秘钥生成算法, 得到密钥对
       • 公钥 - 可以公开的秘钥
         • 公钥加密数据, 解密需要使用私钥
       • 私钥 - 需要妥善保管的秘钥, 知道的人越少越好
         • 私钥加密, 公钥解密
     • 特点:
       • 数据的机密性只能单方向保证
       • 加密效率低, 适合加密少量数据
       • 加密强度高, 相对于对称加密

5. 凯撒密码

   恺撒密码（Caesar cipher）是一种相传尤利乌斯·恺撒曾使用过的密码。恺撒于公元前100年左右诞生于古罗马，是一位著名的军事统帅。

   恺撤密码是通过将明文中所使用的字母表按照一定的字数“平移”来进行加密的。

• 凯撒密码加解密公式

  • 加密
    

  • 解密

    

• 凯撒密码中的加密三要素

  • 明文/密文
    • 明文: 小写字母表中的数据
    • 密文: 大写字母表中的数据
  • 秘钥
    • 按照上图秘钥为3
  • 算法
    • 加密: +3
    • 解密: -3

• 凯撒密码的安全性

  不安全

6. 密码信息安全常识

   • 不要使用保密的密码算法（普通公司和个人）
   • 使用低强度的密码比不进行任何加密更危险
   • 任何密码总有一天都会被破解
   • 密码只是信息安全的一部分

7. 密码信息威胁

   

   思考：信息安全处理必须要具备哪些特性？

1.2 对称加密

以分组为单位进行处理的密码算法称为分组密码（blockcipher）

1. 编码的概念

   G = 1024m

   m = 1024kbyte

   byte = 8bit

   bit 0/1

   计算机的操作对象并不是文字，而是由0和1排列而成的比特序列。

   将现实世界中的东西映射为比特序列的操作称为编码（encoding）。

   加密 -> 编码

   解密 -> 解码

   hello world -> 比特序列

   h -> int 104 ->

2. DES -- Data Encryption Standard

   • 现在使用DES方式加密，数据还安全吗？
     • 不安全, 已经被破解了
   • 是不是分组密码？
     • 是, 先对数据进行分组, 然后在加密或解密
   • DES的分组长度?
     • 8byte == 64bit
   • DES的秘钥长度?
     • 56bit秘钥长度+8bit错误检测标志位 = 64bit == 8byte

3. 3DES -- Triple-DES

   • 3DES安全吗?
     • 安全, 但是效率低
   • 算法描述?
     • 进行了3次des加密
   • 是不是分组密码?
     • 是
   • 3DES分组长度?
     • 8字节
   • 3DES秘钥长度?
     • 24字节, 在算法内部会被平均分成3份
   • 3DES加密过程?
     • 秘钥1 -> 加密, 秘钥2 -> 解密, 秘钥3 -> 加密
   • 3DES解密过程?
     • 秘钥1 -> 解密, 秘钥2 -> 加密, 秘钥3 -> 解密

4. AES -- Advanced Encryption Standard

   • AES安全吗?
     • 安全, 效率高, 推荐使用的
   • 是不是分组密码?
     • 是
   • AES分组长度?
     • 128bit = 16字节
   • AES秘钥长度?
     • 128bit = 16字节
     • 192bit = 24字节
     • 256bit = 32字节
     • go中的秘钥长度只能是16字节

1.3 分组密码的模式

1. 按位异或

   • 第一步需要将数据转换为二进制

   • 按位异或操作符: ^

   • 两个标志位进行按位异或操作:

     • 相同为0, 不同为1

   • 举例:

     1 0 0 0   ----> 8
     1 0 1 1   ----> 11
     -----------------------按位异或一次
     0 0 1 1   ---->  3
     1 0 1 1   ----> 11
     -----------------------按位异或两侧
     1 0 0 0   -----> 8
     =================================
     a = 8
     b = 11
     a 和 b按位异或1次 ==> 加密
     得到的结果再次和 b 按位异或 ===> 解密
     

2. ECB - Electronic Code Book, 电子密码本模式

   • 特点: 简单, 效率高, 密文有规律, 容易被破解
   • 最后一个明文分组必须要填充
     • des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
     • aes -> 最后一个分组填充满16字节
   • 不需要初始化向量

3. CBC - Cipher Block Chaining, 密码块链模式

   • 特点: 密文没有规律, 经常使用的加密方式
   • 最后一个明文分组需要填充
     • des/3des -> 最后一个分组填充满8字节
     • aes -> 最后一个分组填充满16字节
   • 需要一个初始化向量 - 一个数组
     • 数组的长度: 与明文分组相等
     • 数据来源: 负责加密的人的提供的
     • 加解密使用的初始化向量值必须相同

4. CFB - Cipher FeedBack, 密文反馈模式

   • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
   • 需要一个初始化向量 - 一个数组
     • 数组的长度: 与明文分组相等
     • 数据来源: 负责加密的人的提供的
     • 加解密使用的初始化向量值必须相同
   • 不需要填充

5. OFB - Output-Feedback, 输出反馈模式

   • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
   • 需要一个初始化向量 - 一个数组
     • 数组的长度: 与明文分组相等
     • 数据来源: 负责加密的人的提供的
     • 加解密使用的初始化向量值必须相同
   • 不需要填充

6. CTR - CounTeR, 计数器模式

   • 特点: 密文没有规律, 明文分组是和一个数据流进行的按位异或操作, 最终生成了密文
   • 不需要初始化向量
     • go接口中的iv可以理解为随机数种子, iv的长度 == 明文分组的长度
   • 不需要填充

7. 最后一个明文分组的填充

   • 使用cbc, ecb需要填充
     • 要求:
       • 明文分组中进行了填充, 然后加密
       • 解密密文得到明文, 需要把填充的字节删除
   • 使用 ofb, cfb, ctr不需要填充

8. 初始化向量 - IV

   • ecb, ctr模式不需要初始化向量
   • cbc, ofc, cfb需要初始化向量
     • 初始化向量的长度
       • des/3des -> 8字节
       • aes -> 16字节
     • 加解密使用的初始化向量相同

1.4 对称加密在go中的实现

1. des

2. 3des

3. aes

# 加密流程:
1. 创建一个底层使用des/3des/aes的密码接口
	"crypto/des"
	func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # -- des
	func NewTripleDESCipher(key []byte) (cipher.Block, error)	# -- 3des
	"crypto/aes"
	func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error) # == aes
2. 如果使用的是cbc/ecb分组模式需要对明文分组进行填充
3. 创建一个密码分组模式的接口对象
	- cbc
	func NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode # 加密
	- cfb
	func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream # 加密
	- ofb
	- ctr
4. 加密, 得到密文