密碼學奇妙之旅、01 CFB密文反饋模式、AES標準、Golang代碼

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

CFB密文反饋模式

CFB密文反饋模式屬於分組密碼模式中的一種。加密與解密使用同一結構，加密步驟生成用於異或的密鑰流。

其彌補了ECB電子密碼本模式的不足（明文中的重複排列會反映在密文中，通過刪除替換分組可以對明文進行操作）

其優點是

• 不需要填充。因為從明文分組到密文分組只需要一次XOR，使用的是前一次密文分組經過加密算法生成的密鑰流。
• 解密支持並行。在已知全部密文分組的情況下，可以對每一部分分組開啟多線程進行解密。
• 能夠解密任意密文分組。任意密文分組只與前一個密文分組有關。

其缺點是：

• 加密不支持並行。任意密文分組只與前一個密文分組有關，所以必須按照一定順序從頭到尾加密。
• 當密文分組某個比特出錯時，影響當前明文分組的一個比特位和下一個明文分組的全部比特位。當密文分組發生改變，通過加密算法生成的密鑰流完全改變，導致下一個明文分組不可讀。
• 不能抵禦重放攻擊。發送人連續使用相同密鑰發送密文，黑客可以將新發送密文的後部分分組替換為舊密文的後部分分組（混入）。導致接收人收到的消息重複，且無法正確判斷是通信錯誤還是人為攻擊（可用消息認證碼判斷）。

代碼

註：cipher包內置多個分組密碼模式，如 CTR 模式。只需修改創建模式實例的一行代碼。

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

        獲取不到程序運行附加參數
        輸入字符串:你好，很高興認識你，這是一段文字。

        密鑰: woshimima11451410086123456789012
        加密後: gjjhI1e25hqMyMaFfoB+uAc1vb8WnlJzS8S6rKnC9H4VNLMdSuM/P3TR8YUjwYdxGbAZkOsndyaK5z3rT52I7rM2c2rK
        解密後: 你好，很高興認識你，這是一段文字。

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

	// 如果沒有給運行附加參數
	if len(os.Args) != 2 {
		fmt.Printf("\n\t獲取不到程序運行附加參數\n")
		fmt.Printf("\t輸入字符串:")
		message, _ = reader.ReadString('\n')
	} else {
		message = os.Args[1]
	}

	encrypted, err := encrypt(cipherKey, message)

	//如果加密失敗
	if err != nil {
		//打印錯誤信息
		log.Println(err)
		os.Exit(-2)
	}

	//打印密鑰和密文
	fmt.Printf("\n\t密鑰: %s\n", string(cipherKey))
	fmt.Printf("\t加密後: %s\n", encrypted)

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

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

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

/*
*功能：加密
*描述：
*此函數接受一個字符串和一個密碼密鑰，並使用 AES 加密消息
*
*參數：
*byte[] key : 包含密鑰的位元組切片
*string message : 包含要加密的消息的字符串
*
*返回：
*字符串編碼：包含編碼用戶輸入的字符串
*錯誤錯誤：錯誤信息
 */
func encrypt(key []byte, message string) (encoded string, err error) {
	//從輸入字符串創建位元組切片
	plainText := []byte(message)

	//使用密鑰創建新的 AES 密碼
	block, err := aes.NewCipher(key)

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

	// ^ 使密文成為大小為 BlockSize + 消息長度的位元組切片,這樣傳值後修改不會更改底層數組
	cipherText := make([]byte, aes.BlockSize+len(plainText))

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

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

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

/*
*功能：解密
*	描述		：
*此函數接受一個字符串和一個密鑰，並使用 AES 將字符串解密為純文本
*
*	參數		：
*[]byte key : 包含密鑰的位元組切片
*string secure : 包含加密消息的字符串
*
*返回：
*string decoded : 包含解密後的字符串
*錯誤錯誤：錯誤信息
 */
func decrypt(key []byte, secure string) (decoded string, err error) {
	//刪除 base64 編碼：
	cipherText, err := base64.RawStdEncoding.DecodeString(secure)

	//如果解碼字符串失敗，退出：
	if err != nil {
		return
	}

	//使用密鑰和加密消息創建新的 AES 密碼
	block, err := aes.NewCipher(key)

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

	//如果密文的長度小於 16 位元組
	if len(cipherText) < aes.BlockSize {
		err = errors.New("密文分組長度太小")
		return
	}

	// ^ iv 是初始化向量 (16位元組)
	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
}