实战篇-OpenSSL之TripleDES加密算法-CFB64模式[通俗易懂]

全栈程序员站长

发布于 2022-07-25 07:59:51

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本文属于《OpenSSL加密算法库使用系列教程》之一，欢迎查看其它文章。

实战篇-OpenSSL之TripleDES加密算法-CFB64模式

一、TripleDES简介

3DES又称Triple DES，是DES加密算法的一种模式，它使用2条不同的56位的密钥对数据进行三次加密。

数据加密标准（DES）是美国的一种由来已久的加密标准，它使用对称密钥加密法，并于1981年被ANSI组织规范为ANSI X.3.92。

DES使用56位密钥和密码块的方法，而在密码块的方法中，文本被分成64位大小的文本块然后再进行加密。比起最初的DES，3DES更为安全。

3DES（即Triple DES）是DES向AES过渡的加密算法，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。是DES的一个更安全的变形。它以DES为基本模块，通过组合分组方法设计出分组加密算法。比起最初的DES，3DES更为安全。

Triple DES属于对称加密算法，加解密使用同一个秘钥。

对称加密算法，一般有至少4种模式，即ECB、CBC、CFB、OFB等。

具体的加密原理，就不进行介绍了，本文主要从使用角度，进行说明。

以下命令行和编程实现，均基于OpenSSL开源库。在命令行中，我们可以使用命令实现对文件加解密，以验证我们的编程实现，是否正确。

二、CFB64模式

加密反馈模式 Cipher Feedback Mode(CFB)。面向字符的应用程序的加密要使用流加密法，可以使用加密反馈模式。在此模式下，数据用更小的单元加密，如可以是8 位，这个长度小于定义的块长（通常是64 位）。

1、命令行操作

使用des-ede3-cfb对hello.txt加密，密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad8cc72b05705d5c46，初始化向量为667b02a85c61c786，密文为hello.en。

openssl enc -e -des-ede3-cfb -in hello.txt -out hello.en -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad8cc72b05705d5c46 -iv 667b02a85c61c786

使用des-ede3-cfb对hello.en解密，密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad8cc72b05705d5c46，初始化向量为667b02a85c61c786，解密后的文件为hello.de。

openssl enc -d -des-ede3-cfb -in hello.en -out hello.de -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad8cc72b05705d5c46 -iv 667b02a85c61c786

2、函数说明

CFB64模式加密/解密：

void DES_ede3_cfb64_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
                            long length, DES_key_schedule *ks1,
                            DES_key_schedule *ks2, DES_key_schedule *ks3,
                            DES_cblock *ivec, int *num, int enc);

参数名称	含义
in	输入数据，长度任意
out	输出数据，长度与输入数据相等。
length	输入数据的实际长度。
ks1	使用DES_set_key_unchecked生成的Key
ks2	使用DES_set_key_unchecked生成的Key
ks3	使用DES_set_key_unchecked生成的Key
ivec	可读写的一块内存。长度必须是8字节。
enc	DES_ENCRYPT代表加密， DES_DECRYPT代表解密

DES_ede3_cfb64_encrypt在加密的过程中会修改ivec的内容，因此ivec参数不能是一个常量，而且不能在传递给加密函数后再立马传递给解密函数，必须重新赋值之后再传递给解密函数。

3、编程实现

（1）特别注意

CFB模式不需要对输入数据进行填充。

（2）实现CFB64模式加解密

下面，函数已经封装完毕，如下：

/** * @brief TripleDES::cfb64_encrypt * CFB64模式加解密，支持对任意长度明文进行加解密。 * @param in 输入数据 * @param out 输出结果 * @param key 密钥，长度必须是24字节，否则加密失败 * @param ivec 初始向量，长度必须是8字节 * @param enc true-加密，false-解密 */
void TripleDES::cfb64_encrypt(const QByteArray &in, QByteArray &out, const QByteArray &key, const QByteArray &ivec, bool enc)
{ 
   
    // 检查密钥合法性(只能是24字节)
    Q_ASSERT(key.size() == 24);
    Q_ASSERT(ivec.size() == 8); // 初始向量为8字节

    // 设置key
    DES_key_schedule sch1, sch2, sch3;
    setKey(key, sch1, sch2, sch3);

    // 进行加解密
    int num = 0;
    QByteArray ivecTemp = ivec; // 此参数被自动修改，故使用局部变量传递
    int encVal = enc ? DES_ENCRYPT : DES_DECRYPT;
    out.resize(in.size()); // 调整输出buf大小
    DES_ede3_cfb64_encrypt((const unsigned char *)in.constData(),
                         (unsigned char *)out.data(),
                         in.size(), &sch1, &sch2, &sch3,
                         (DES_cblock *)ivecTemp.data(), &num, encVal);
}

加解密过程：

生成key
执行加解密

经测试，本函数支持对任意长度输入数据进行加解密。

（3）测试代码

void createTestData(QByteArray& data, int size)
{ 
   
    data.resize(size);
    for (int i = 0; i < size; i++)
    { 
   
        data[i] = i % 128;
    }
}

void testTripleDES(const QByteArray& data)
{ 
   
    QByteArray plainText = data;
    QByteArray encryptText;
    QByteArray decryptText;

    QByteArray key = QByteArray::fromHex("8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad8cc72b05705d5c46");
    QByteArray ivec = QByteArray::fromHex("667b02a85c61c786");

    // TripleDES cfb64模式加密验证
    TripleDES tripleDES;
    tripleDES.cfb64_encrypt(plainText, encryptText, key, ivec, true);    // 加密
    tripleDES.cfb64_encrypt(encryptText, decryptText, key, ivec, false); // 解密
    qDebug() << "TripleDES cfb64 encrypt verify" << ((decryptText == plainText) ? "succeeded" : "failed");
}

int main(int argc, char *argv[])
{ 
   
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 产生1MB+3B的测试数据，为了使该测试数据长度，不为8或16的整数倍
    QByteArray data;
    createTestData(data, 1*1024*1024+3);

    // 测试TripleDES
    testTripleDES(data);

    return a.exec();
}

执行结果：