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。
02
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：
- 创建一个新的加密块。
- 获取加密块的大小。
- 填充数据。
- 初始化向量。
- 指定加密块的分组模式。
- 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)
}
解密步骤：
- 创建一个新的加密块。
- 初始化向量。
- 指定解密块的分组模式。
- 进行解密多个块。
- 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)
}
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...)
}
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]
}
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。
04
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：
- https://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric-key_algorithm
- https://pkg.go.dev/crypto/aes@go1.18.3#NewCipher
- https://pkg.go.dev/crypto/cipher#NewCBCEncrypter
- https://pkg.go.dev/crypto/cipher#NewCBCDecrypter
- https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc5246#section-6.2.3.2
- https://en.wikipedia.org/wiki/Padding_(cryptography)
- https://www.cryptomathic.com/news-events/blog/the-use-of-encryption-modes-with-symmetric-block-ciphers
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