对称加密算法在C#中的踩坑日常

1.0 前言

有幸接触了一下传说中的对称加密算法3DES 感觉这些加密算法与我的工作是相去甚远的,一般没什么机会接触这些东西 今次了解了一下3DES这个对称算法 原理算不上明白,算是踩了C#中的一些坑吧 C#中对于密钥的处理比较奇怪,花费了一晚上一早上的时间才弄明白 期间偷窥了不少C#的源代码 下面由我娓娓道来

2.0 简介

2.1 3DES算法命名 定义算法最早期的标准被放在ANS X9.52中并在1998年发布并将其描述为三重数据加密算法(简称TDEA),在ANSI X3.92中定义了该算法的三个操作但是并没有使用DES或者3DES,直到1999年发布的FIPS PUB 46-3在正式命名三重数据加密算法,大概在2004到2005的样子才正式引入三重数据加密算法,之前一直以TDEA存在着,也就是说TDEA就是3DES,但是没有使用3DES作为标准术语。

2.2 基本逻辑 三重数据加密算法使用包括密钥K1,密钥K2和密钥约束K3,每一个包含56位不包含奇偶校验,算法实现公式如下:

ciphertext = EK3(DK2(EK1(plaintext)))  

密文 = EK3(DK2(EK1(平文)))

用K1对数据进行加密,用K2对数据进行解密,用K3对数据再加密。 解密公式为如下:

plaintext = DK1(EK2(DK3(ciphertext)))

平文 = DK1(EK2(DK3(密文)))

用K3j对数据进行解密,用K2对数据进行加密,用K1对数据进行加密。每次加密都处理64位数据并形成一块。

2.3 3DES加密选项 定义了三种密钥选项。 (1)三个密钥相互独立。 (2)K1和K2密钥独立,但K1 = K3。 (3)三个密钥相等。 密钥选项1的强度最高,拥有3 x 56 = 168个独立的密钥位。 密钥选项2的安全性稍低,拥有2 x 56 = 112个独立的密钥位。该选项比简单的应用DES两次的强度较高,即使用K1和K2,因为它可以防御中途相遇攻击。 密钥选项3等同与DES,只有56个密钥位。这个选项提供了与DES的兼容性,因为第1和第2次DES操作相互抵消了。该选项不再为国家标准科技协会(NIST)所推荐,亦不为ISO/IEC 18033-3所支持。

2.4 C#实现 讲真简介里用来凑字数的这些内容我其实没怎么看明白 C#中使用 TripleDESCryptoServiceProvider类来实现相关功能

public static string DesEncrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
    TripleDESCryptoServiceProvider tripleDES = new TripleDESCryptoServiceProvider();
    tripleDES.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(key);

    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateEncryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    tripleDES.Clear();
    return Convert.ToBase64String(resultArray, 0, resultArray.Length);
}

public static string DesDecrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Convert.FromBase64String(input);
    TripleDESCryptoServiceProvider tripleDES = new TripleDESCryptoServiceProvider();
    tripleDES.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateDecryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    tripleDES.Clear();
    return Encoding.UTF8.GetString(resultArray);
}

从下面源码中看出,该类接收的Key为16位或24位

然后对于这个Key,C#似乎有自己的处理方式 以下为个人理解: 这个24位的key会被处理成3个8字节的独立密钥参与运算 当提供24位key时并没有什么不妥 但是当提供16位的key时 会把提供的key拆分成两个块(block) 并以第一个块作为第三个块组成一个24位的密钥 如下:

输入密钥:49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55
实际使用:49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56

可以看出使用了前8位来进行后面8位的补全 这时候你可能要问,如果提供一个不是16位也不是24位的密钥时会发生什么 会抛异常

以上理解都是在.NetFramework中的体现 如果换到NetCore中,效果就又不一样了

2.5 NetCore 在NetCore中不存在 TripleDESCryptoServiceProvider取而代之的是 TripleDES 所以此时我们的代码需要稍作修改

public static string DesEncrypt(string input, string key)
{

    byte[] inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    tripleDES.Key = byteKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateEncryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    return Convert.ToBase64String(resultArray, 0, resultArray.Length);
}

public static string DesDecrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Convert.FromBase64String(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    tripleDES.Key = byteKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateDecryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    return Encoding.UTF8.GetString(resultArray);
}

NetCore中同样要求我们提供24位的Key 但是不在兼容16位的Key,如果你提供一个非24位的Key就会异常 不过没关系,对于16位的Key我们可以自行处理一下 同理使用前8位补全后8位

public static string DesEncrypt(string input, string key)
{

    byte[] inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    //复制前8位补全后8位
    byte[] allKey = new byte[24];
    Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 0, 16);
    Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 16, 8);
    tripleDES.Key = allKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateEncryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    return Convert.ToBase64String(resultArray, 0, resultArray.Length);
}

public static string DesDecrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Convert.FromBase64String(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    //复制前8位补全后8位
    byte[] allKey = new byte[24];
    Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 0, 16);
    Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 16, 8);
    tripleDES.Key = allKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateDecryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
    return Encoding.UTF8.GetString(resultArray);

至此就可以正常兼容NetFramework的代码了

3.0 小结

至此写下此文,也算是对3DES有了些许了解吧 需要记住

在.NET Core中利用3DES加密和解密必须要给出3个密钥即24个字节即使密钥3和密钥1相等,它不会像.NET Framework中会重用密钥1中的位数。

原文地址:https://www.cnblogs.com/ixysy/p/11057807.html

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本文分享自微信公众号 - dotNet框架学苑(LetYouKnowNet)

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原始发表时间:2019-06-21

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