Go 语言加密与解密之 AES 最佳实践

最新推荐文章于 2024-11-16 23:02:50 发布

程序员新亮

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文章标签： golang java 服务器数据库网络

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上篇文章分享了 RSA 加密与解密，咱们这篇文章分享下 AES 解密与解密。

AES（Advanced Encryption Standard）是目前最常用的对称加密算法之一，在数据传输和存储中提供了强大的安全保障。

AES 是一种对称加密算法，这意味着加密和解密都使用同一个密钥。

Go 语言提供了强大的 crypto/aes 和 crypto/cipher 包，使得 AES 加密和解密变得相对容易。

一起来往下看。

一、AES 加密算法基础

1. 对称加密

AES 是一种对称加密算法。对称加密算法的特点是：加密和解密使用相同的密钥，适用于大数据量的加密操作。

AES 支持多种密钥长度：128、192、256 位，其中 256 位提供了最高的安全性。

2. 分组加密模式

AES 是一种分组加密算法，每次加密固定大小（128 位，16 字节）的数据块。

为了加密超过 16 字节的数据，需要使用分组加密模式。

常见的 AES 分组模式包括：

ECB（Electronic Codebook）：不推荐使用，因为相同的明文块总是产生相同的密文块，容易被攻击。
CBC（Cipher Block Chaining）：每个明文块在加密前会与前一个密文块进行 XOR 操作，需要一个初始向量（IV）。
CFB（Cipher Feedback）：将块密码变成一个自同步流密码，不需要填充数据。
GCM（Galois/Counter Mode）：一种高效且安全的分组模式，提供了数据加密和认证。

3. 填充模式

AES 加密时，数据块必须是 16 字节的倍数，因此需要对不满 16 字节的数据进行填充。

常用的填充方式是 PKCS7，它将缺少的字节填充为等于缺少字节数的值，例如，缺少 4 字节就填充 0x04 四次。

二、在 Go 中实现 AES 加密与解密

我们将使用 AES-256-CBC 模式进行加密和解密，并使用 PKCS7 填充未满 16 字节的数据。

下面是实现 AES 加密和解密的完整代码：

三、AES 加密与解密的实现

1. AES 加密方法

package main

import (
 "bytes"
 "crypto/aes"
 "crypto/cipher"
 "crypto/rand"
 "encoding/base64"
 "fmt"
 "io"
)

// PKCS7 填充
func pkcs7Padding(data []byte, blockSize int) []byte {
 padding := blockSize - len(data)%blockSize
 padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
 return append(data, padText...)
}

// AES CBC 模式加密
func aesEncrypt(plainText, key []byte) (string, error) {
 // 生成 AES 块
 block, err := aes.NewCipher(key)
 if err != nil {
  return "", err
 }

 // PKCS7 填充
 plainText = pkcs7Padding(plainText, block.BlockSize())

 // 生成随机 IV
 cipherText := make([]byte, aes.BlockSize+len(plainText))
 iv := cipherText[:aes.BlockSize]
 if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
  return "", err
 }

 // CBC 加密
 mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
 mode.CryptBlocks(cipherText[aes.BlockSize:], plainText)

 // 返回 base64 编码后的密文
 return base64.StdEncoding.EncodeToString(cipherText), nil
}

2. AES 解密方法

// PKCS7 去除填充
func pkcs7Unpadding(data []byte) ([]byte, error) {
 length := len(data)
 if length == 0 {
  return nil, fmt.Errorf("data length is zero")
 }

 padding := int(data[length-1])
 if padding > length || padding > aes.BlockSize {
  return nil, fmt.Errorf("invalid padding size")
 }

 return data[:length-padding], nil
}

// AES CBC 模式解密
func aesDecrypt(cipherTextBase64 string, key []byte) (string, error) {
 // 解码 base64 密文
 cipherText, err := base64.StdEncoding.DecodeString(cipherTextBase64)
 if err != nil {
  return "", err
 }

 // 生成 AES 块
 block, err := aes.NewCipher(key)
 if err != nil {
  return "", err
 }

 if len(cipherText) < aes.BlockSize {
  return "", fmt.Errorf("cipherText too short")
 }

 // 读取 IV
 iv := cipherText[:aes.BlockSize]
 cipherText = cipherText[aes.BlockSize:]

 // CBC 解密
 mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
 mode.CryptBlocks(cipherText, cipherText)

 // 去除 PKCS7 填充
 plainText, err := pkcs7Unpadding(cipherText)
 if err != nil {
  return "", err
 }

 return string(plainText), nil
}

3. 测试加密和解密

下面是使用以上加解密方法的示例代码：

func main() {
 key := []byte("0123456789abcdef0123456789abcdef") // 32 字节的密钥用于 AES-256
 plainText := "Hello, AES encryption!"

 // 加密
 cipherText, err := aesEncrypt([]byte(plainText), key)
 if err != nil {
  fmt.Println("Encryption failed:", err)
  return
 }
 fmt.Println("Encrypted:", cipherText)

 // 解密
 decryptedText, err := aesDecrypt(cipherText, key)
 if err != nil {
  fmt.Println("Decryption failed:", err)
  return
 }
 fmt.Println("Decrypted:", decryptedText)
}

四、最佳实践

密钥管理：密钥是 AES 加密的核心，必须确保其安全存储和传输。使用密钥管理服务（如 AWS KMS、HashiCorp Vault）存储密钥，不要将密钥硬编码在代码中。
选择合适的分组模式：AES 提供多种加密模式，尽量避免使用 ECB 模式，因为它对相同的明文总是生成相同的密文，容易被攻击。建议使用 CBC、GCM 等模式。GCM（Galois/Counter Mode）具有更高的安全性和性能，并支持数据认证。
使用随机 IV：加密时，为每次加密操作生成一个随机的初始向量（IV），并将 IV 与密文一起传输。IV 不需要保密，但必须确保每次加密时都是随机的，以防止模式攻击。
处理填充和未填充：AES 加密需要数据块是 16 字节的倍数，因此需要使用 PKCS7 等填充方式。解密时，要谨慎处理填充的去除，以避免解密错误和潜在的攻击。
错误处理：在加密和解密过程中，密钥长度、IV 长度和数据块大小等操作都可能出错，必须在每个步骤处理这些错误，防止出现潜在的安全漏洞。
数据完整性：AES 本身只提供加密，不能确保数据完整性。为了防止密文篡改，建议在加密过程中结合 HMAC 或使用 AES-GCM 模式，这些模式可以提供加密和数据完整性验证。