密码学奇妙之旅、01 CFB密文反馈模式、AES标准、Golang代码

• 2022 年 9 月 25 日
• 筆記
• Cryptography, golang

CFB密文反馈模式

CFB密文反馈模式属于分组密码模式中的一种。加密与解密使用同一结构，加密步骤生成用于异或的密钥流。

其弥补了ECB电子密码本模式的不足（明文中的重复排列会反映在密文中，通过删除替换分组可以对明文进行操作）

其优点是

• 不需要填充。因为从明文分组到密文分组只需要一次XOR，使用的是前一次密文分组经过加密算法生成的密钥流。
• 解密支持并行。在已知全部密文分组的情况下，可以对每一部分分组开启多线程进行解密。
• 能够解密任意密文分组。任意密文分组只与前一个密文分组有关。

其缺点是：

• 加密不支持并行。任意密文分组只与前一个密文分组有关，所以必须按照一定顺序从头到尾加密。
• 当密文分组某个比特出错时，影响当前明文分组的一个比特位和下一个明文分组的全部比特位。当密文分组发生改变，通过加密算法生成的密钥流完全改变，导致下一个明文分组不可读。
• 不能抵御重放攻击。发送人连续使用相同密钥发送密文，黑客可以将新发送密文的后部分分组替换为旧密文的后部分分组（混入）。导致接收人收到的消息重复，且无法正确判断是通信错误还是人为攻击（可用消息认证码判断）。

代码

注：cipher包内置多个分组密码模式，如 CTR 模式。只需修改创建模式实例的一行代码。

PS C:\Users\小能喵喵喵\Desktop\Go\Cryptography\对称加密\DES_CFB> go run .   

        获取不到程序运行附加参数
        输入字符串:你好，很高兴认识你，这是一段文字。

        密钥: woshimima11451410086123456789012
        加密后: gjjhI1e25hqMyMaFfoB+uAc1vb8WnlJzS8S6rKnC9H4VNLMdSuM/P3TR8YUjwYdxGbAZkOsndyaK5z3rT52I7rM2c2rK
        解密后: 你好，很高兴认识你，这是一段文字。

package main

import (
	"bufio"
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
	"crypto/rand"
	"encoding/base64"
	"errors"
	"fmt"
	"io"
	"log"
	"os"
)

func main() {
	cipherKey := []byte("woshimima11451410086123456789012") //32 bit key for AES-256
	//cipherKey := []byte("woshimima114514100861234") //24 bit key for AES-192
	//cipherKey := []byte("woshimima1145141") //16 bit key for AES-128

	reader := bufio.NewReader(os.Stdin)

	var message string

	// 如果没有给运行附加参数
	if len(os.Args) != 2 {
		fmt.Printf("\n\t获取不到程序运行附加参数\n")
		fmt.Printf("\t输入字符串:")
		message, _ = reader.ReadString('\n')
	} else {
		message = os.Args[1]
	}

	encrypted, err := encrypt(cipherKey, message)

	//如果加密失败
	if err != nil {
		//打印错误信息
		log.Println(err)
		os.Exit(-2)
	}

	//打印密钥和密文
	fmt.Printf("\n\t密钥: %s\n", string(cipherKey))
	fmt.Printf("\t加密后: %s\n", encrypted)

	//解密文本
	decrypted, err := decrypt(cipherKey, encrypted)

	//如果解密失败
	if err != nil {
		log.Println(err)
		os.Exit(-3)
	}

	//打印重新解密的文本：
	fmt.Printf("\t解密后: %s\n\n", decrypted)
}

/*
*功能：加密
*描述：
*此函数接受一个字符串和一个密码密钥，并使用 AES 加密消息
*
*参数：
*byte[] key : 包含密钥的字节切片
*string message : 包含要加密的消息的字符串
*
*返回：
*字符串编码：包含编码用户输入的字符串
*错误错误：错误信息
 */
func encrypt(key []byte, message string) (encoded string, err error) {
	//从输入字符串创建字节切片
	plainText := []byte(message)

	//使用密钥创建新的 AES 密码
	block, err := aes.NewCipher(key)

	//如果 NewCipher 失败，退出：
	if err != nil {
		return
	}

	// ^ 使密文成为大小为 BlockSize + 消息长度的字节切片,这样传值后修改不会更改底层数组
	cipherText := make([]byte, aes.BlockSize+len(plainText))

	// ^ iv 是初始化向量 (16字节)
	iv := cipherText[:aes.BlockSize]
	if _, err = io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
		return
	}

	// ^ 加密数据,给定加密算法用的密钥,以及初始化向量
	stream := cipher.NewCFBEncrypter(block, iv)
	stream.XORKeyStream(cipherText[aes.BlockSize:], plainText)

	//返回以base64编码的字符串
	return base64.RawStdEncoding.EncodeToString(cipherText), err
}

/*
*功能：解密
*	描述		：
*此函数接受一个字符串和一个密钥，并使用 AES 将字符串解密为纯文本
*
*	参数		：
*[]byte key : 包含密钥的字节切片
*string secure : 包含加密消息的字符串
*
*返回：
*string decoded : 包含解密后的字符串
*错误错误：错误信息
 */
func decrypt(key []byte, secure string) (decoded string, err error) {
	//删除 base64 编码：
	cipherText, err := base64.RawStdEncoding.DecodeString(secure)

	//如果解码字符串失败，退出：
	if err != nil {
		return
	}

	//使用密钥和加密消息创建新的 AES 密码
	block, err := aes.NewCipher(key)

	//如果 NewCipher 失败，退出：
	if err != nil {
		return
	}

	//如果密文的长度小于 16 字节
	if len(cipherText) < aes.BlockSize {
		err = errors.New("密文分组长度太小")
		return
	}

	// ^ iv 是初始化向量 (16字节)
	iv := cipherText[:aes.BlockSize]
	cipherText = cipherText[aes.BlockSize:]

	//解密消息
	stream := cipher.NewCFBDecrypter(block, iv)
	stream.XORKeyStream(cipherText, cipherText)

	return string(cipherText), err
}