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Golang实现AES对称加密算法实例详解

来源:脚本之家

时间:2023-02-25 09:38:48 278浏览 收藏

Golang不知道大家是否熟悉?今天我将给大家介绍《Golang实现AES对称加密算法实例详解》,这篇文章主要会讲到AES、对称加密算法等等知识点,如果你在看完本篇文章后,有更好的建议或者发现哪里有问题,希望大家都能积极评论指出,谢谢!希望我们能一起加油进步!

前置知识

在正式学习加密解密之前,首先看看如何生成随机数,以及为什么要随机数。

生成随机数

编程中生成随机数或字符串非常重要,它是加密的基础工作。如果没有随机生成数,加密可能会失去作用,让加密数据可预测。为了生成随机数,Go提供了math/rand包及其他工具,下面通过实例说明:

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
)
func main() {
    fmt.Println(rand.Intn(100))
}

程序很简单,生成[0,100)之间的整数,但多次运行程序,会发现每次结果都一样。这是因为程序按照算法设定,默认随机种子为1,因此每次结果相同。我们通过设置不同随机种子修复错误:

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
     "time"
)
func main() {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    fmt.Println(rand.Intn(100))
}

这样每次运行时随机种子不同,结果自然就不同。

生成随机字符串

为了在Go中生成随机字符串,我们使用Base64编码和外部包,这是一种更实用和安全的方式。

首先我们看Base64编码:

package main

import (
    "encoding/base64"
    "fmt"
)

func main() {

    StringToEncode := "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"

    Encoding := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(StringToEncode))
    fmt.Println(Encoding)                                        
}

通过使用Base64编码,可以对字符串进行编码或解码,上面示例对StringToEncode字符值进行base64编码,读者可以运行程序查看结果。
为了每次运行返回结果不同,可以使用第三方包randstr,它采用比使用Seed方法更好更快的方法,安装命令为:

go get -u github.com/thanhpk/randstr

下面示例生成随机长度为20字符串,代码如下:

package main
import(
  "github.com/thanhpk/randstr"
  "fmt"
)

func main() {
    MyString := randstr.String(20)
    fmt.Println(MyString)
}

运行多次,每次结果都不同。

加密和解密

了解了生成随机字符和数字,下面进入正题,加密和解密。要了解安全,需要先了解这些模块:crypto/aes, crypto/cipher, encoding/base64

加密

加密是隐藏数据的方法,是的别有用心的人拿到数据也没有用。这里主要使用crypto/aes(Advanced Encryption Standard)包提供的功能。

package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "encoding/base64"
    "fmt"
)

var bytes = []byte{35, 46, 57, 24, 85, 35, 24, 74, 87, 35, 88, 98, 66, 32, 14, 05}

// 生成环境应该通过配置文件获取
const MySecret string = "abc&1*~#^2^#s0^=)^^7%b34"

func Encode(b []byte) string {
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(b)
}


// 加密方法可以加密任何类型文本
func Encrypt(text, MySecret string) (string, error) {
    block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
    if err != nil {
        return "", err
    }

    plainText := []byte(text)
    cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, bytes)
    cipherText := make([]byte, len(plainText))
    cfb.XORKeyStream(cipherText, plainText)

    return Encode(cipherText), nil
}

func main() {
    StringToEncrypt := "Encrypting this string"

    // To encrypt the StringToEncrypt
    encText, err := Encrypt(StringToEncrypt, MySecret)
    if err != nil {
     fmt.Println("error encrypting your classified text: ", err)
    }
    fmt.Println(encText)
}

crypto/cipher包中NewCFBEncrypter方法使用16字节随机值作为参数,注意这里长度必须为16,因为AES默认block长度为16,这两者长度要一致,不同长度对应不同算法,对应关系如下:

16, 24, or 32, AES-128, AES-192, or AES-256.

cipher.go的源码定义如下:

// The AES block size in bytes.
const BlockSize = 16

// A cipher is an instance of AES encryption using a particular key.
type aesCipher struct {
	enc []uint32
	dec []uint32
}

type KeySizeError int

func (k KeySizeError) Error() string {
	return "crypto/aes: invalid key size " + strconv.Itoa(int(k))
}

// NewCipher creates and returns a new cipher.Block.
// The key argument should be the AES key,
// either 16, 24, or 32 bytes to select
// AES-128, AES-192, or AES-256.
...

再看下NewCFBEncrypter方法源码,注释写的很清楚两者长度需相同。

// NewCFBEncrypter returns a Stream which encrypts with cipher feedback mode,
// using the given Block. The iv must be the same length as the Block's block
// size.
func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream {
	return newCFB(block, iv, false)
}

Encrypt函数带两个参数,待加密的明文和加密的密钥。MySecret常量是加密方法所需的密钥,最后通过Encode函数返回Base64格式的密文。运行程序,输出结果即为密文,是StringToEncrypt变量值加密的结果。

Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==

解密

成功加密字符串后,需要能够正确解密,从密文还原为明文。典型的场景是用户数据是加密后存入数据库中,当用户再次访问时需要能够正确解密。也就说我们需要把前节中加密的密文正确还原为明文,首先需要使用解码函数,该函数会在解密方法中使用:

func Decode(s string) []byte {
    data, err := base64.StdEncoding.DecodeString(s)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    return data
} 

Decode函数有一个参数,对于Base64编码进行解码,解密方法代码如下:

// 解密方法把密文正确转为明文
func Decrypt(text, MySecret string) (string, error) {
    block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))

    if err != nil {
        return "", err
    }
    cipherText := Decode(text)

    cfb := cipher.NewCFBDecrypter(block, bytes)
    plainText := make([]byte, len(cipherText))
    cfb.XORKeyStream(plainText, cipherText)

    return string(plainText), nil
}

解密方法包括两个参数:text是密文,MySeret是密钥。在main函数中可以对前面密文进行解密并输出明文:

decText, err := Decrypt("Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==", MySecret)
if err != nil {
    fmt.Println("error decrypting your encrypted text: ", err)
}

fmt.Println(decText)

最后给出完整代码和注释:

package main

import (
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
	"encoding/base64"
	"fmt"
)

// 16位随机字符串
var bytes = []byte{35, 46, 57, 24, 85, 35, 24, 74, 87, 35, 88, 98, 66, 32, 14, 05}

// 密钥,实际应用中应该从环境变量或文件中获取
const MySecret string = "abc&1*~#^2^#s0^=)^^7%b34"

// Base64编码和解码方法
func Encode(b []byte) string {
	return base64.StdEncoding.EncodeToString(b)
}

func Decode(s string) []byte {
	data, err := base64.StdEncoding.DecodeString(s)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return data
}

// 加密方法
func Encrypt(text, MySecret string) (string, error) {
	block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
	if err != nil {
		return "", err
	}

	plainText := []byte(text)
	cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, bytes)
	cipherText := make([]byte, len(plainText))
	cfb.XORKeyStream(cipherText, plainText)

	return Encode(cipherText), nil
}

// 解密方法
func Decrypt(text, MySecret string) (string, error) {
	block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
	if err != nil {
		return "", err
	}

	cipherText := Decode(text)
	cfb := cipher.NewCFBDecrypter(block, bytes)
	plainText := make([]byte, len(cipherText))
	cfb.XORKeyStream(plainText, cipherText)

	return string(plainText), nil
}

func main() {
	StringToEncrypt := "Encrypting this string"

	// 对StringToEncrypt变量值进行加密
	encText, err := Encrypt(StringToEncrypt, MySecret)
	if err != nil {
		fmt.Println("error encrypting your classified text: ", err)
	}
	fmt.Println(encText)

	// 对密文进行解密
	decText, err := Decrypt("Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==", MySecret)
	if err != nil {
		fmt.Println("error decrypting your encrypted text: ", err)
	}
	
	fmt.Println(decText)
}

结合前面的内容,当然可以每次动态获取16位随机数,加密完成后和密文连接一起返回:cipherText = append(cipherText, bytes...),最后解密时从密文中先截取随机数再解密,从而让每次加密生成的密文都不一样。

总结

本文介绍Go如何实现对称加密,包括生成随机字符,Base64编码和解码,实现AES加密和解密,注意使用了内置的crypto/aes, crypto/cipher, encoding/base64模块。

今天带大家了解了AES、对称加密算法的相关知识,希望对你有所帮助;关于Golang的技术知识我们会一点点深入介绍,欢迎大家关注golang学习网公众号,一起学习编程~

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