对称密钥密码使用同一的密钥加密和平解决密数据


AES简介

米国国家标准技术探讨所在2001年公布了高档加密标准(AES)。AES是一个对称分组密码算法,目的在于取代DES成为普遍采纳的正经。

依据使用的密码长度,AES最普遍的有3种密钥方案,用以适应分化的风貌要求,分别是AES-128、AES-192和AES-256,与集体密钥密码使用密钥对两样,对称密钥密码使用相同的密钥加密和平解决密数据,

 

注意事项:1.AES加密的时候分为很多格局的。除了ECB不须要安装IV  
 其余情势都亟需设置iv(那是外人告诉自己的);如若你拔取的不是ECB方式,其他格局千万记得设置IV;

 

AES加密情势和填充形式

算法/方式/填充                16字节加密后数据长度       
不满16字节加密后长度
AES/CBC/NoPadding             16                          不支持
AES/CBC/PKCS5Padding          32                          16
AES/CBC/ISO10126Padding       32                          16
AES/CFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/CFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/CFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/ECB/NoPadding             16                          不支持
AES/ECB/PKCS5Padding          32                          16
AES/ECB/ISO10126Padding       32                          16
AES/OFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/OFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/OFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/PCBC/NoPadding            16                          不支持
AES/PCBC/PKCS5Padding         32                          16
AES/PCBC/ISO10126Padding      32                          16

 

参照作品


Base64编码

据我说知,苹果并没有提供API来是实现Base64编码,所以需要看官在网上寻找验证,还好,这并不难

感谢Lonely__angelababa的唤醒,苹果是有Base64的API,截图如下:

苹果提供Base64API.png

Base64编码的构思是是使用64个基本的ASCII码字符对数据进行重新编码。它将要求编码的数码拆分成字节数组。以3个字节为一组。按顺序排列24 位数据,再把那24位数据分为4组,即每组6位。再在每组的的最高位前补两个0凑足一个字节。这样就把一个3字节为一组的数据重新编码成了4个字节。当所要编码的多少的字节数不是3的整倍数,也就是说在分组时最终一组不够3个字节。那时在结尾一组填充1到2个0字节。并在最终编码达成后在最后添加1到2个
“=”。

例:将对ABC进行BASE64编码:

1、首先取ABC对应的ASCII码值。A(65)B(66)C(67);

2、再取二进制值A(01000001)B(01000010)C(01000011);

3、然后把那两个字节的二进制码接起来(010000010100001001000011);

4、
再以6位为单位分成4个数据块,并在高高的位填充多少个0后形成4个字节的编码后的值,(00010000)(00010100)(00001001)(00000011),其中加色部分为真实数据;

5、再把那四个字节数据转化成10进制数得(16)(20)(9)(3);

6、最终按照BASE64给出的64个宗旨字符表,查出对应的ASCII码字符(Q)(U)(J)(D),那里的值实际就是多少在字符表中的索引。

Base64编码表

解码进度就是把4个字节再还原成3个字节再根据区其他数量方式把字节数组重新整理成数据。

Base64很直观的目标就是让二进制文件转载为64个主导的ASCII码字符。

AES

系统也并没有直接提供诸如DES、AES的API,但是提供了加密解密的相干操作CommonCrypto,DES或者AES的兑现,须求大家温馨包裹一下。

加密是由算法/模式/填充构成的,算法是DES,AES等,
方式是EBC,CBC等,iOS和Android的填写是不等同的:

mac支持:

NoPadding (NoPadding就是不填充,相当于自定义填充)

PKCS7Padding

而java支持:

NoPadding

ISO10126Padding

OAEPPadding, OAEPWith<digest>And<mgf>Padding

PKCS1Padding

PKCS5Padding

SSL3Padding

接下去大家引入一些背景知识:

在密码学中,分组加密(Block
cipher,又称分块加密),是一种对称密钥算法。它将公开分成两个等长的模块(block),使用规定的算法和对称密钥对每组分别加密解密。分组加密是极其首要的加密协议组成,其中典型的如DES和AES作为美利哥政坛决策的规范加密算法,应用领域从电子邮件加密到银行交易转帐,非凡广阔。

密码学中的工作模式:

最早出现的做事情势,ECB,CBC,OFB和CFB可以追溯到1981年。2001年,NIST修订了其原头阵布的办事形式工作列表,加入了AES,并进入了CTR方式。最终,在二〇一〇年4月,NIST参加了XTS-AES,而其余的可靠情势并没有为NIST所认证。例如CTS是一种密文窃取的情势,许多广泛的密码学运行库提供了那种方式。

密码学中,块密码的行事方式允许使用同一个块密码密钥对多于一块的数据进行加密,并有限支持其安全性。块密码自身只可以加密长度等于密码块长度的单块数据,若要加密变长数据,则数据必须先被划分为局地单独的密码块。常常而言,最终一块数据也急需采纳万分填充方式将数据增添到适合密码块大小的尺寸。一种工作格局描述了加密每一数据块的历程,并时时使用基于一个平日称为初始化向量的附加输入值以举办随机化,以确保安全。

初始化向量

初阶化向量(IV,Initialization
Vector)是不可枚举行事情势中用于随机化加密的一块数据,因而得以由同样的当众,相同的密钥发生不一致的密文,而无需另行暴发密钥,幸免了一般相当复杂的这一经过。

开端化向量与密钥相比较有分化的安全性须要,由此IV经常并非保密,但是在大部景观中,不应有在运用同一密钥的情状下四回利用同一个IV。对于CBC和CFB,重用IV会导致泄露明文首个块的某些音讯,亦包涵多个例外新闻中一律的前缀。对于OFB和CTR而言,重用IV会导致全盘失去安全性。其余,在CBC方式中,IV在加密时必须是无力回天推断的;特其余,在很多落到实处中运用的发生IV的办法,例如SSL2.0用到的,即选拔上一个信息的终极一块密文作为下一个音讯的IV,是不安全的。

留神:ECB方式不必要开端化向量,之所以提一句,是因为我用的ECB格局。

填充

块密码只好对确定长度的数目块举办拍卖,而音信的长度一般是可变的。因而部分形式(即ECB和CBC)需求最后一块在加密前开展填空。有数种填充方法,其中最简便易行的一种是在平文的终极填充空字符以使其尺寸为块长度的平头倍,但必须保障能够復苏平文的原来长度;例如,若平文是C语言风格的字符串,则唯有串尾会有空字符。稍微复杂一点的方法则是原有的DES使用的法子,即在数额后添加一个1位,再添加丰富的0位直到满意块长度的需求;若音讯长度刚好符合块长度,则增进一个填充块。最复杂的则是对准CBC的法门,例如密文窃取,残块终结等,不会发出额外的密文,但会追加部分复杂度。布鲁斯(Bruce)·施奈尔和尼尔(尼尔(Neil))斯·福开森(弗格森(Ferguson))提出了三种简易的可能:添加一个值为128的字节(十六进制的80),再以0字节填满最终一个块;或向终极一个块填充n个值均为n的字节。

CFB,OFB和CTR形式不必要对长度不为密码块大小整数倍的音信进行特其他拍卖。因为那几个方式是经过对块密码的出口与平文进行异或工作的。最终一个平文块(可能是不完全的)与密钥流块的前多少个字节异或后,暴发了与该平文块大小相同的密文块。流密码的那个特性使得它们得以动用在须求密文和平文数据长度严俊相等的场地,也可以选用在以流方式传输数据而不便利举行填写的场面。

留神:ECB方式是内需填写的。

ECB:
最简单易行的加密格局即为电子密码本(Electronic
codebook,ECB)形式。要求加密的新闻依照块密码的块大小被分成数个块,并对各样块举行单独加密。

ECB加密

ECB解密

本办法的通病在于同样的平文块会被加密成相同的密文块;因而,它不可能很好的潜伏数据情势。在某些场面,那种方法不可能提供严峻的数额保密性,由此并不引进用于密码协议中。上面的例证呈现了ECB在密文中突显平文的格局的档次:该图像的一个位图版本(上图)通过ECB形式也许会被加密成中图,而非ECB情势经常会将其加密成最下图。

原图

行使ECB方式加密

提供了伪随机性的非ECB格局

原图是采取CBC,CTR或其余其余的更安全的方式加密最下图可能爆发的结果——与随机噪声无异。注意最下图看起来的随机性并不可以表示图像已经被安全的加密;许多不安全的加密法也恐怕爆发那种“随机的”输出。

ECB形式也会促成使用它的合计不可以提供数据完整性爱慕,易遭到重播攻击的熏陶,由此各样块是以完全相同的法子解密的。例如,“梦幻之星在线:红色脉冲”在线电子游戏使用ECB格局的Blowfish密码。在密钥交流系统被破解而发出更简短的破解格局前,作弊者重复通过发送加密的“杀死怪物”音讯包以私自的很快增添阅历值。

其他格局在此就不举办了,详情请转块密码的劳作形式
,进一步询问CBC、CFB、OFB、CTR等情势。

把最主要的函数摘出来解释一下:

/*!
    @function   CCCrypt
    @abstract   Stateless, one-shot encrypt or decrypt operation.
                This basically performs a sequence of CCCrytorCreate(),
                CCCryptorUpdate(), CCCryptorFinal(), and CCCryptorRelease().

    @param      alg             Defines the encryption algorithm.


    @param      op              Defines the basic operation: kCCEncrypt or
                    kCCDecrypt.

    @param      options         A word of flags defining options. See discussion
                                for the CCOptions type.

    @param      key             Raw key material, length keyLength bytes. 

    @param      keyLength       Length of key material. Must be appropriate 
                                for the select algorithm. Some algorithms may 
                                provide for varying key lengths.

    @param      iv              Initialization vector, optional. Used for 
                                Cipher Block Chaining (CBC) mode. If present, 
                                must be the same length as the selected 
                                algorithm's block size. If CBC mode is
                                selected (by the absence of any mode bits in 
                                the options flags) and no IV is present, a 
                                NULL (all zeroes) IV will be used. This is 
                                ignored if ECB mode is used or if a stream 
                                cipher algorithm is selected. 

    @param      dataIn          Data to encrypt or decrypt, length dataInLength 
                                bytes. 

    @param      dataInLength    Length of data to encrypt or decrypt.

    @param      dataOut         Result is written here. Allocated by caller. 
                                Encryption and decryption can be performed
                                "in-place", with the same buffer used for 
                                input and output. 

    @param      dataOutAvailable The size of the dataOut buffer in bytes.  

    @param      dataOutMoved    On successful return, the number of bytes
                    written to dataOut. If kCCBufferTooSmall is
                returned as a result of insufficient buffer
                space being provided, the required buffer space
                is returned here. 

    @result     kCCBufferTooSmall indicates insufficent space in the dataOut
                                buffer. In this case, the *dataOutMoved 
                                parameter will indicate the size of the buffer
                                needed to complete the operation. The 
                                operation can be retried with minimal runtime 
                                penalty. 
                kCCAlignmentError indicates that dataInLength was not properly 
                                aligned. This can only be returned for block 
                                ciphers, and then only when decrypting or when 
                                encrypting with block with padding disabled. 
                kCCDecodeError  Indicates improperly formatted ciphertext or
                                a "wrong key" error; occurs only during decrypt
                                operations. 
 */  

CCCryptorStatus CCCrypt(
    CCOperation op,         /* 枚举值,确认是加密操作,还是解密操作 */
    CCAlgorithm alg,        /* 枚举值,确认加解密的算法,如kCCAlgorithmAES128、kCCAlgorithmDES */
    CCOptions options,      /* 枚举值,kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,经我调查,这样就是ECB模式,并以PKCS7来填充*/
    const void *key,
    size_t keyLength,
    const void *iv,         /* 初始化向量(NULLoptional initialization vector),ECB模式写NULL就行 */
    const void *dataIn,     /* optional per op and alg */
    size_t dataInLength,
    void *dataOut,          /* data RETURNED here */
    size_t dataOutAvailable,
    size_t *dataOutMoved)  

下边说到,iOS和Android填充是差其他,那如何做?据说,PKCS7Padding是兼容PKCS5Padding的,我在与安卓联合测试中,确实小问题。

把自家用的AES加密摘出来吧:

自身用的是一个NSData类目NSData+AES,密钥是128位的,即16个字节,加密解密方法的贯彻如下(记得引#import <CommonCrypto/CommonCryptor.h>):

加密:

- (NSData *)AES128EncryptWithKey:(NSString *)key
{
    // 'key' should be 32 bytes for AES256, will be null-padded otherwise
    char keyPtr[kCCKeySizeAES128+1]; // room for terminator (unused)
    bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr)); // fill with zeroes (for padding)

    // fetch key data
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSUInteger dataLength = [self length];

    //See the doc: For block ciphers, the output size will always be less than or
    //equal to the input size plus the size of one block.
    //That's why we need to add the size of one block here
    size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    size_t numBytesEncrypted = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,
                                          keyPtr, kCCKeySizeAES128,
                                          NULL /* initialization vector (optional) */,
                                          [self bytes], dataLength, /* input */
                                          buffer, bufferSize, /* output */
                                          &numBytesEncrypted);
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        //the returned NSData takes ownership of the buffer and will free it on deallocation
        return [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesEncrypted];
    }

    free(buffer); //free the buffer;
    return nil;
}  

解密:

- (NSData *)AES128DecryptWithKey:(NSString *)key {
    // 'key' should be 32 bytes for AES256, will be null-padded otherwise
    char keyPtr[kCCKeySizeAES128+1]; // room for terminator (unused)
    bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr)); // fill with zeroes (for padding)

    // fetch key data
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSUInteger dataLength = [self length];

    //See the doc: For block ciphers, the output size will always be less than or
    //equal to the input size plus the size of one block.
    //That's why we need to add the size of one block here
    size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    size_t numBytesDecrypted = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionPKCS7Padding| kCCOptionECBMode,
                                          keyPtr, kCCKeySizeAES128,
                                          NULL /* initialization vector (optional) */,
                                          [self bytes], dataLength, /* input */
                                          buffer, bufferSize, /* output */
                                          &numBytesDecrypted);

    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        //the returned NSData takes ownership of the buffer and will free it on deallocation
        return [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesDecrypted];
    }

    free(buffer); //free the buffer;
    return nil;
}  

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