对称密钥密码使用同样的密钥加密和平解决密数据


AES简介

美利哥国家标准技术商量所在2001年揭破了高级加密标准(AES)。AES是一个对称分组密码算法,意在取代DES成为广大利用的科班。

基于使用的密码长度,AES最常见的有3种密钥方案,用以适应不相同的场景要求,分别是AES-128、AES-192和AES-256,与集体密钥密码使用密钥对分歧,对称密钥密码使用同一的密钥加密和解密数据,

 

注意事项:1.AES加密的时候分为很多形式的。除了ECB不要求设置IV  
 其他格局都亟需安装iv(那是旁人告诉我的);若是您利用的不是ECB形式,其余形式千万记得设置IV;

 

AES加密模式和填充格局

算法/格局/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

 

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的提示,苹果是有Base64的API,截图如下:

苹果提供Base64API.png

Base64编码的思考是是应用64个基本的ASCII码字符对数据进行重新编码。它将急需编码的数额拆分成字节数组。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。当所要编码的多寡的字节数不是3的整倍数,也就是说在分组时最终一组不够3个字节。那时在终极一组填充1到2个0字节。并在结尾编码完毕后在最终添加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、然后把那多个字节的二进制码接起来(010000010100001001000011);

4、
再以6位为单位分为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),其中加色部分为真正数据;

5、再把那多少个字节数据转化成10进制数得(16)(20)(9)(3);

6、最终根据BASE64给出的64个主导字符表,查出对应的ASCII码字符(Q)(U)(J)(D),那里的值实际就是数码在字符表中的索引。

Base64编码表

解码进度就是把4个字节再还原成3个字节再按照分歧的数额格局把字节数组重新整理成多少。

Base64很直观的目的就是让二进制文件转载为64个中央的ASCII码字符。

参照文章


AES

系统也并不曾直接提供诸如DES、AES的API,不过提供了加密解密的有关操作CommonCrypto,DES或者AES的兑现,需求我们友好包装一下。

加密是由算法/模式/填充整合的,算法是DES,AES等,
方式是EBC,CBC等,iOS和Android的填充是不一样的:

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。它将公开分成三个等长的模块(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作为美利坚合营国政坛仲裁的正统加密算法,应用领域从电子邮件加密到银行交易转帐,非凡广泛。

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修订了其原先发布的办事情势工作列表,插手了AES,并进入了CTR格局。最终,在二零一零年三月,NIST出席了XTS-AES,而其余的可靠情势并不曾为NIST所认证。例如CTS是一种密文窃取的情势,许多常见的密码学运行库提供了那种情势。

密码学中,块密码的办事格局允许行使同一个块密码密钥对多于一块的数码开展加密,并保管其安全性。块密码自身只好加密长度等于密码块长度的单块数据,若要加密变长数据,则数据必须先被剪切为部分独门的密码块。平日而言,最后一块数据也亟需选拔方便填充方式将数据扩充到适合密码块大小的尺寸。一种工作情势描述了加密每一数据块的经过,并时不时使用基于一个一般性称为初始化向量的附加输入值以举行随机化,以保障安全。

初始化向量

发轫化向量(IV,Initialization
Vector)是过多做事格局中用来随机化加密的一块数据,因此可以由同样的领会,相同的密钥发生分化的密文,而无需另行爆发密钥,避免了普通格外复杂的这一进程。

起始化向量与密钥比较有差别的安全性须求,由此IV经常并非保密,然则在大多数情状中,不应有在采纳同一密钥的情事下四回使用同一个IV。对于CBC和CFB,重用IV会导致走漏明文第二个块的一些新闻,亦包涵三个差距音信中相同的前缀。对于OFB和CTR而言,重用IV会导致全盘失去安全性。别的,在CBC格局中,IV在加密时必须是心有余而力不足预测的;特其他,在广大落到实处中采取的暴发IV的措施,例如SSL2.0利用的,即选拔上一个新闻的最后一块密文作为下一个音讯的IV,是不安全的。

小心:ECB格局不需求早先化向量,之所以提一句,是因为我用的ECB方式。

填充

块密码只能对规定长度的多少块举行处理,而新闻的长短一般是可变的。因而部分格局(即ECB和CBC)须求最后一块在加密前进行填写。有数种填充方法,其中最简便的一种是在平文的终极填充空字符以使其长度为块长度的平头倍,但不可以不确保可以恢复生机平文的原始长度;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。稍微复杂一点的主意则是原来的DES使用的法门,即在数额后添加一个1位,再添加丰盛的0位直到满意块长度的渴求;若信息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的格局,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。Bruce·施奈尔和尼尔斯·弗格森指出了两种简易的可能: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情势不必要对长度不为密码块大小整数倍的音讯举办专门的拍卖。因为这个格局是经过对块密码的出口与平文举办异或工作的。最后一个平文块(可能是不完全的)与密钥流块的前多少个字节异或后,爆发了与该平文块大小同等的密文块。流密码的这几个特点使得它们得以采取在急需密文和平文数据长度严厉相等的场馆,也足以行使在以流格局传输数据而不便民举办填写的场子。

在意:ECB形式是亟需填写的。

ECB:
最简便易行的加密情势即为电子密码本(Electronic
codebook,ECB)格局。须要加密的信息依据块密码的块大小被分为数个块,并对各类块举行单独加密。

ECB加密

ECB解密

本办法的弱项在于同样的平文块会被加密成相同的密文块;因而,它无法很好的隐身数据情势。在少数场地,那种方法不可以提供严谨的数目保密性,因而并不推荐用于密码协议中。下边的例子突显了ECB在密文中显示平文的情势的档次:该图像的一个位图版本(上图)通过ECB方式或者会被加密成中图,而非ECB格局平日会将其加密成最下图。

原图

动用ECB方式加密

提供了伪随机性的非ECB情势

原图是选取CBC,CTR或其他别的的更安全的情势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无法表示图像已经被平安的加密;许多不安全的加密法也说不定暴发这种“随机的”输出。

ECB方式也会招致使用它的磋商不可以提供数据完整性爱惜,易遭到重播攻击的震慑,因而各种块是以完全相同的艺术解密的。例如,“梦幻之星在线:紫色脉冲”在线电子游戏使用ECB方式的Blowfish密码。在密钥交流系统被破解而发生更简明的破解方式前,作弊者重复通过发送加密的“杀死怪物”消息包以非法的快速增添阅历值。

其余方式在此就不举行了,详情请转块密码的做事格局
,进一步精通CBC、CFB、OFB、CTR等形式。

把最关键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)  

上边说到,iOS和Android填充是不雷同的,这如何是好?据说,PKCS7Padding是兼容PKCS5Padding的,我在与安卓联合测试中,确实尚未难题。

把自己用的AES加密摘出来吧:

我用的是一个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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