sha、base64、aes、des、md5 附带go对所有加密函数的调用

原文http://alblue.cn/articles/2020/06/22/1592816777326.html

base64

原理

base64是一种编码方式，将8字节的列拆散为6位的片段，每个片段能够表达【0-63】值索引指向的64个字符，而base64定义了64个字符.
因为Base64的编码只有6个bit即可表示，而正常的字符是使用8个bit表示， 8和6的最小公倍数是24，所以4个Base64字符可以表示3个标准的ascll字符；
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案例

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　现在还有一点小问题，当转换到最后， 最后的字符不足3个字符咋办， 如果不足三个字符的话，我们直接在最后添加＝号即可， 具体可以参考以下两个字符串转换案例：
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base64仅能用于传输便利，并不能算一种加密方式。

go实现

go编码

输出结果

go解码

输出结果

分组加密ECB/CBC

加密一般分为对称加密(Symmetric Key Encryption)和非对称加密(Asymmetric Key Encryption)。
对称加密又分为分组加密和序列密码。
分组密码，也叫块加密(block cyphers)，一次加密明文中的一个块。是将明文按一定的位长分组，明文组经过加密运算得到密文组，密文组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明文组。
序列密码，也叫流加密(stream cyphers)，一次加密明文中的一个位。是指利用少量的密钥（制乱元素）通过某种复杂的运算（密码算法）产生大量的伪随机位流，用于对明文位流的加密。
解密是指用同样的密钥和密码算法及与加密相同的伪随机位流，用以还原明文位流。

分组加密算法中，有ECB,CBC,CFB,OFB这几种算法模式。

ECB

ECB（Electronic Codebook，电码本）模式是分组密码的一种最基本的工作模式。在该模式下，待处理信息被分为大小合适的分组，然后分别对每一分组独立进行加密或解密处理。支持并行

CBC

这种模式是先将明文切分成若干小段，然后每一小段与初始块或者上一段的密文段进行异或运算后，再与密钥进行加密。只能串行

DES/3DES/AES

DES全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用[密钥加密]的块算法
3DES（或称为Triple DES）是三重数据加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）块密码的通称。它相当于是对每个数据块应用三次DES加密算法。
密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

DES

原理

DES ECB（电子密本方式）其实非常简单，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，按照需求补足8个字节进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

特点：

1.简单，有利于并行计算，误差不会被传送；
2.不能隐藏明文的模式；
repetitions in message may show in cipher text/在密文中出现明文消息的重复
3.可能对明文进行主动攻击；
加密消息块相互独立成为被攻击的弱点/weakness due to encrypted message blocks being independent

DES CBC（密文分组链接方式）有点麻烦，它的实现机制使加密的各段数据之间有了联系。其实现的机理如下：
加密步骤如下：

1. 首先将数据按照8个字节一组进行分组得到D1D2......Dn（若数据不是8的整数倍，用指定的PADDING数据补位）
2. 第一组数据D1与初始化向量I异或**后的结果进行DES加密得到第一组密文C1（初始化向量I为全零）
3. 第二组数据D2与第一组的加密结果C1异或以后的结果进行DES加密，得到第二组密文C2
4. 之后的数据以此类推，得到Cn
5. 按顺序连为C1C2C3......Cn即为加密结果。

解密是加密的逆过程，步骤如下：

1. 首先将数据按照8个字节一组进行分组得到C1C2C3......Cn
2. 将第一组数据进行解密后与初始化向量I进行异或**得到第一组明文D1（注意：一定是先解密再异或）
3. 将第二组数据C2进行解密后与第一组密文数据进行异或**得到第二组数据D2
4. 之后依此类推，得到Dn
5. 按顺序连为D1D2D3......Dn即为解密结果。

go实现DES

3DES

原理

3DES,对称加密的一种，也称Triple DES，3DES为DES向AES过渡的加密算法，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。为了兼容普通的DES，3DES并没有直接使用 加密->加密->加密 的方式，而是采用了 加密->解密->加密 的方式。

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当三重密钥均相同时，前两步相互抵消，相当于仅实现了一次加密，因此可实现对普通DES加密算法的兼容。
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go实现

对比DES，3DES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

AES

原理

AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所示：

AES	密钥长度（32位比特字)	分组长度(32位比特字)	加密轮数
AES-128	4	4	10
AES-192	6	4	12
AES-256	8	4	14
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go实现

PKCS5Padding和PKCS7Padding都是密钥的一种填充方式,即当密钥长度不足时的一种密钥填充方式。PKCS5Padding的填充方式为当密钥长度不足时,缺几位补几个0,eg.针对AES128,如果密钥为“1234567890”一共10位,缺6位,采用PKCS5Padding方式填充之后的密钥为“1234567890000000”,补了6个0.PKCS7Padding的填充方式为当密钥长度不足时,缺几位补几个几,eg.对于AES128,如果密钥为”1234567890”一共10位,缺6位,采用PKCS7Padding方式填充之后的密钥为“1234567890666666”。

sha

SHA是一系列的加密算法，有SHA-1、SHA-2、SHA-3三大类，而SHA-1已经被破解，SHA-3应用较少，目前应用广泛相对安全的是SHA-2算法，这也是本篇文章重点讲述的算法。

算法核心思想和特点
该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段密文，也可以简单的理解为取一串输入码，并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值的过程。

原理

主流程分三大模块：常量的初始化、信息预处理、使用到的逻辑运算。

常量的初始化：

这些常量的作用是和数据源进行计算，增加数据的加密性，那么同学可以想一下，如果常量是一些如：1，2，3之类的整数，是不是就没什么加密可言了，所以需要这些常量很复杂，生成的规则是：对自然数中前8个(或64个)质数（2,3,5,7,11,13,17,19）的平方根的小数部分取前32bit。（在后面的映射的过程中会用到这些常量）

例如：，2的平方根的小数部分约为0.414213562373095048，然后0.414213562373095048≈6?16^?1+a?16?2+0?16^?3+...

所以2的平方根的小数部分取前32bit就得到：0x6a09e667

信息预处理：

预处理分两部分，第一部分是附加填充比特，第二部分是附加长度。目的是让整个消息满足指定的结构，从而处理起来可以统一化，格式化，这个也是计算机的基本思维方式，就是把复杂的数据转化为特定的格式，化繁为简，“去伪存真”。

附加填充比特

在报文末尾进行填充，使报文长度在对512取模以后的余数是448。具体是：先补第一个比特为1，然后都补0，直到长度满足对512取模后余数是448。需要注意即使长度已经满足对512取模后余数是448，补位也必须要进行，这时要填充512个比特。所以，填充是至少补一位，最多补512位。
例如：“abc”补位的过程。

a,b,c对应的ASCII码分别是97,98,99，
对应的二进制编码为：01100001 01100010 01100011；
首先补一个“1” ： 0110000101100010 01100011 1；
然后补423个“0”：01100001 01100010 01100011 10000000 00000000 … 00000000；
补位完成后的数据如下：
61626380 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

附加长度值

是将原始数据的长度信息补到已经进行了填充操作的消息后面（就是第一步预处理后的信息），SHA256用一个64位的数据来表示原始消息的长度。所以SHA256加密的原始信息长度最大是2^64。

用上面的消息“abc”来操作，3个字符，占用24个bit，在进行了补长度的操作以后，整个消息就变成：

61626380 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000018

核心算法：

将原始数据分解成512-bit大小的块，例如消息M可以被分解为n个块，于是整个算法需要做的就是完成n次迭代，n次迭代的结果就是最终的哈希值，即256bit的数字摘要。

每次迭代进行的映射用Map(Hi?1)=Hi表示，摘要的初始值H0，经过第一个映射后，得到H1，即完成了第一次迭代，H1经过第二次映射得到H2，……，依次处理，最后得到Hn，Hn即为最终的256-bit消息摘要。

go实现

md5

MD5已不再适合用于加密，仅适用于字符串压缩。md5 和 sha1 都是被破解了的。sha1 还是上个世纪的作品。md5 的碰撞复杂度只有 2^20，sha1 的碰撞复杂度约 2^63。

原理

MD5算法的过程分为四步：处理原文，设置初始值，循环加工，拼接结果。

第一步:处理原文

第二步:设置初始值

第三步:循环加工

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第四步:拼接结果
这一步就很简单了，把循环加工最终产生的A，B，C，D四个值拼接在一起，转换成字符串即可。

结果是16位长度的字符串，这16位是从32位md5值来的。是将32位md5去掉前八位，去掉后八位得到的。

破解方式

彩虹表

如果将哈希后的密文比作一把锁，暴力破解的方法就是现场制作各种各样不同齿形的钥匙，再来尝试能否开锁，这样耗时无疑很长；我以前错误理解的“彩虹表”是事先制作好所有齿形的钥匙，全部拿过来尝试开锁，这样虽然省去了制作钥匙的时间，但是后来发现这些钥匙实在是太多了，没法全部带在身上。而真正的彩虹表，是将钥匙按照某种规律进行分组，每组钥匙中只需要带最有特点的一个，当发现某个“特征钥匙” 差一点就能开锁了，则当场对该钥匙进行简单的打磨，直到能开锁为止。这种方法是既省力又省时的.

哈希碰撞

哈希碰撞就是一种优化过算法,其基本原理就是把密码明文对应的MD5与你的MD5进行对比,因为经过一些优化,所以无论是时间上,还是空间都很很快，感兴趣的可以查一下王小云教授关于哈希碰撞的论文.

常用破解MD5方法

目前来说,破解MD5加密的最有效的方法就是 哈希碰撞+彩虹表+对应秘钥,一些网络黑客会在一些明文存储用户密码的网站上窃取信息,假如黑客有一亿条数据,因为都是真实用户所以经过哈希碰撞之后,你的密码被破译出来的几率就真的非常大了,那破译不出来的可能就是因为大小写和一些特殊符号,这就用到了彩虹表,最后就是你的秘钥,比如你是之前对用户的密码进行加盐,还是之后对MD5之后的字符串进行的特殊处理,只要对方知道你的秘钥,那么你密码被破译出来的几率就非常非常高了,所以我们说: 一个密码系统的安全性只在于密钥的保密性，而不在于算法的保密性.

go实现

实际使用

如何安全的储存密码

1. 获取随机盐值，每个用户不同，比如uuid
2. sha2(uuid+用户真实密码)

不要使用固定盐值，不要使用过短的盐值，不要使用md5/sha1进行加密

信息签名

为了保证参数不被串改，可以把明文按照指定规则进行哈希，服务端与客户端按照指定规则对签名后的指纹进行校验。一般使用sha2或者md5

信息压缩

在redis存储时，可能会对部分条件进行存储，但是redis的key不宜过长，可以对实际参数进行md5压缩。

参数加密

对于敏感参数，可以在前后端统一使用对称加密，如3DES/AES加密后转为base64进行通信。

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参考
DES相关
https://blog.csdn.net/sgsgy5/article/details/83584042
https://www.cnblogs.com/yanzi-meng/p/9640578.html
https://www.jianshu.com/p/aac46b0cec38
https://blog.csdn.net/gulang03/article/details/81175854
AES相关
https://blog.csdn.net/qq_35128300/article/details/96452200
https://www.jianshu.com/p/3741458695d2
SHA
https://blog.csdn.net/u011583927/article/details/80905740
MD5
https://blog.csdn.net/sinat_27933301/article/details/79538169
密码存储
https://www.cnblogs.com/makai/p/11130703.html