Go 语言怎么使用对称加密？

大家好，我是 frank。

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介绍

在项目开发中，我们经常会遇到需要使用对称密钥加密的场景，比如客户端调用接口时，参数包含手机号、身份证号或银行卡号等。

对称密钥加密是一种加密方式，其中只有一个密钥用于加密和解密数据。通过对称加密进行通信的实体必须共享该密钥，以便可以在解密过程中使用它。这种加密方法与非对称加密不同，非对称加密使用一对密钥（一个公钥和一个私钥）来加密和解密数据。

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AES 算法

常见的对称密钥加密算法有 AES (Advanced Encryption Standard)，DES (Data Encryption Standard) 等，它们都属于分组密码。

因为基于目前计算机的处理能力，可以很快破解 DES 算法，所以 DES 目前已经很少被使用。

AES 是目前最常用的对称密钥加密算法，最初称为 Rijndael。AES 密码每个分组大小是 128 bits，但是它具有三种密钥长度，分别是 AES-128、AES-192 和 AES-256。需要注意的是，在 Golang 标准库提供的接口中，仅支持 AES-128（16 byte），实际上 AES-128 的加密强度已经足够安全。

本文我们主要介绍 Golang 中怎么使用 AES 算法的对称密钥加密。

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实践

AES 算法的分组模式包含 ECB、CBC、CFB、OFB 和 CTR，其中 ECB 和 CBC 使用比较多，虽然 ECB 比 CBC 简单，效率高，但是它的密文有规律，比较容易破解，所以，更推荐大家使用 CBC，本文我们主要介绍使用最多的 CBC 分组模式。

需要注意的是，ECB 和 CBC 分组模式的最后一个分组，需要填充满 16 byte，关于填充模式，限于篇幅，本文不展开介绍，但会提供填充数据和取消填充数据的代码。

Golang 实现 AES 对称加密算法主要分为以下几个步骤：

加密步骤：

1. 创建一个新的加密块。
2. 获取加密块的大小。
3. 填充数据。
4. 初始化向量。
5. 指定加密块的分组模式。
6. 进行加密多个块。

示例代码：

func AESCbcEncrypt(secretKey, src string) string {
 key := []byte(secretKey)
 if len(key) > 16 {
  key = key[:16]
 }
 plaintext := []byte(src)
 block, err := aes.NewCipher(key)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
 blockSize := block.BlockSize()
 plaintext = Padding(plaintext, blockSize)
 if len(plaintext)%aes.BlockSize != 0 {
  panic("plaintext is not a multiple of the block size")
 }
 ciphertext := make([]byte, aes.BlockSize+len(plaintext))
 iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
 if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
  panic(err)
 }
 mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
 mode.CryptBlocks(ciphertext[aes.BlockSize:], plaintext)
 return base64.StdEncoding.EncodeToString(ciphertext)
}

复制

解密步骤：

1. 创建一个新的加密块。
2. 初始化向量。
3. 指定解密块的分组模式。
4. 进行解密多个块。
5. 取消填充数据。

示例代码：

func AESCbcDecrypt(secretKey, src string) string {
 key := []byte(secretKey)
 ciphertext, _ := base64.StdEncoding.DecodeString(src)
 block, err := aes.NewCipher(key)
 if err != nil {
  panic(err)
 }
 if len(ciphertext) < aes.BlockSize {
  panic("ciphertext too short")
 }
 iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
 ciphertext = ciphertext[aes.BlockSize:]
 if len(ciphertext)%aes.BlockSize != 0 {
  panic("ciphertext is not a multiple of the block size")
 }
 mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
 mode.CryptBlocks(ciphertext, ciphertext)
 ciphertext = UnPadding(ciphertext)
 return string(ciphertext)
}

复制

填充示例代码：

func Padding(plainText []byte, blockSize int) []byte {
 padding := blockSize - len(plainText)%blockSize
 char := []byte{byte(padding)}
 newPlain := bytes.Repeat(char, padding)
 return append(plainText, newPlain...)
}

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取消填充示例代码：

func UnPadding(plainText []byte) []byte {
 length := len(plainText)
 lastChar := plainText[length-1]
 padding := int(lastChar)
 return plainText[:length-padding]
}

复制

需要注意的是，初始化向量（IV）是随机的，细心的读者朋友们可能已经发现，使用随机 IV ，同一份明文，每次加密得到的密文也都不同。但是，加密和解密使用的 IV 必须相同。

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总结

本文我们介绍了对称密钥加密的概念，并简单介绍了 AES 算法，最终我们还提供了 Golang 怎么使用 AES 算法的 CBC 分组模式实现对称密钥加密的示例代码，感兴趣的读者朋友，可以自行编写其它分组模式的代码。

本文重点是介绍怎么使用 Go 语言实现对称密钥加密，代码占用篇幅比较多，关于 AES 算法的分组模式和填充模式的详细介绍，感兴趣的读者朋友们可以阅读参考资料给出的链接地址。

参考资料：

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric-key_algorithm
2. https://pkg.go.dev/crypto/[email protected]#NewCipher
3. https://pkg.go.dev/crypto/cipher#NewCBCEncrypter
4. https://pkg.go.dev/crypto/cipher#NewCBCDecrypter
5. https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc5246#section-6.2.3.2
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Padding_(cryptography)
7. https://www.cryptomathic.com/news-events/blog/the-use-of-encryption-modes-with-symmetric-block-ciphers