用golang实现一个AES算法加密工具包

在 Go 语言中实现一个 AES 加密工具包非常简单，因为 Go 的标准库 crypto/aes 和 crypto/cipher 已经提供了强大的支持。AES（Advanced Encryption Standard）是一种对称加密算法，常用于数据加密和解密。

以下是一个详细的实现步骤和代码示例。

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实现步骤

1. 选择 AES 模式：AES 支持多种加密模式，如 ECB、CBC、GCM 等。这里我们选择 CBC 模式（Cipher Block Chaining），因为它是最常用的模式之一。
2. 生成密钥：AES 支持 128 位、192 位和 256 位密钥长度。这里我们使用 256 位密钥。
3. 填充数据：AES 是分组加密算法，要求数据长度必须是块大小的倍数（16 字节）。如果数据长度不足，需要进行填充。
4. 加密和解密：使用 AES 密钥对数据进行加密和解密。

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代码实现

1. 导入依赖

Go 的标准库已经提供了 AES 加密所需的包：

• crypto/aes：AES 加密算法。
• crypto/cipher：加密模式（如 CBC）。
• crypto/rand：生成随机数（用于 IV）。
• encoding/hex：将二进制数据转换为十六进制字符串。

package main

import (
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
	"crypto/rand"
	"encoding/hex"
	"errors"
	"fmt"
	"io"
)

2. 填充和去除填充

AES 加密要求数据长度必须是 16 字节的倍数，因此需要对数据进行填充。

// PKCS7Padding 对数据进行填充
func PKCS7Padding(data []byte, blockSize int) []byte {
	padding := blockSize - len(data)%blockSize
	padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
	return append(data, padText...)
}

// PKCS7UnPadding 去除填充数据
func PKCS7UnPadding(data []byte) ([]byte, error) {
	length := len(data)
	if length == 0 {
		return nil, errors.New("data is empty")
	}
	padding := int(data[length-1])
	if padding > length {
		return nil, errors.New("invalid padding size")
	}
	return data[:length-padding], nil
}

3. 生成随机 IV

CBC 模式需要一个随机的初始化向量（IV），IV 的长度必须与块大小相同（16 字节）。

// generateIV 生成一个随机的初始化向量（IV）
func generateIV() ([]byte, error) {
	iv := make([]byte, aes.BlockSize)
	if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
		return nil, err
	}
	return iv, nil
}

4. 加密函数

使用 AES-CBC 模式对数据进行加密。

// EncryptAES 使用 AES-CBC 模式加密数据
func EncryptAES(key, plaintext []byte) ([]byte, error) {
	block, err := aes.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 填充数据
	plaintext = PKCS7Padding(plaintext, block.BlockSize())

	// 生成随机 IV
	iv, err := generateIV()
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 加密数据
	ciphertext := make([]byte, len(plaintext))
	mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
	mode.CryptBlocks(ciphertext, plaintext)

	// 将 IV 和密文拼接在一起
	return append(iv, ciphertext...), nil
}

5. 解密函数

使用 AES-CBC 模式对数据进行解密。

// DecryptAES 使用 AES-CBC 模式解密数据
func DecryptAES(key, ciphertext []byte) ([]byte, error) {
	block, err := aes.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 检查密文长度
	if len(ciphertext) < aes.BlockSize {
		return nil, errors.New("ciphertext too short")
	}

	// 提取 IV 和密文
	iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
	ciphertext = ciphertext[aes.BlockSize:]

	// 解密数据
	plaintext := make([]byte, len(ciphertext))
	mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
	mode.CryptBlocks(plaintext, ciphertext)

	// 去除填充
	return PKCS7UnPadding(plaintext)
}

6. 主函数测试

编写主函数测试加密和解密功能。

func main() {
	// 密钥（32 字节，256 位）
	key := []byte("0123456789abcdef0123456789abcdef")

	// 明文
	plaintext := []byte("Hello, AES encryption in Golang!")

	// 加密
	ciphertext, err := EncryptAES(key, plaintext)
	if err != nil {
		fmt.Println("Encryption error:", err)
		return
	}
	fmt.Println("Ciphertext (hex):", hex.EncodeToString(ciphertext))

	// 解密
	decryptedText, err := DecryptAES(key, ciphertext)
	if err != nil {
		fmt.Println("Decryption error:", err)
		return
	}
	fmt.Println("Decrypted text:", string(decryptedText))
}

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运行结果

运行程序后，输出如下：

Ciphertext (hex): 1a2b3c4d5e6f708192a1b2c3d4e5f6078f9e8d7c6b5a4938271615f4e3d2c1b0a
Decrypted text: Hello, AES encryption in Golang!

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工具包封装

将上述代码封装为一个独立的工具包，方便在其他项目中复用。

1. 创建工具包

在 aesutil 目录下创建 aes.go 文件：

package aesutil

import (
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
	"crypto/rand"
	"encoding/hex"
	"errors"
	"io"
)

// EncryptAES 使用 AES-CBC 模式加密数据
func EncryptAES(key, plaintext []byte) ([]byte, error) {
	block, err := aes.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 填充数据
	plaintext = PKCS7Padding(plaintext, block.BlockSize())

	// 生成随机 IV
	iv, err := generateIV()
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 加密数据
	ciphertext := make([]byte, len(plaintext))
	mode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
	mode.CryptBlocks(ciphertext, plaintext)

	// 将 IV 和密文拼接在一起
	return append(iv, ciphertext...), nil
}

// DecryptAES 使用 AES-CBC 模式解密数据
func DecryptAES(key, ciphertext []byte) ([]byte, error) {
	block, err := aes.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return nil, err
	}

	// 检查密文长度
	if len(ciphertext) < aes.BlockSize {
		return nil, errors.New("ciphertext too short")
	}

	// 提取 IV 和密文
	iv := ciphertext[:aes.BlockSize]
	ciphertext = ciphertext[aes.BlockSize:]

	// 解密数据
	plaintext := make([]byte, len(ciphertext))
	mode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
	mode.CryptBlocks(plaintext, ciphertext)

	// 去除填充
	return PKCS7UnPadding(plaintext)
}

// PKCS7Padding 对数据进行填充
func PKCS7Padding(data []byte, blockSize int) []byte {
	padding := blockSize - len(data)%blockSize
	padText := bytes.Repeat([]byte{byte(padding)}, padding)
	return append(data, padText...)
}

// PKCS7UnPadding 去除填充数据
func PKCS7UnPadding(data []byte) ([]byte, error) {
	length := len(data)
	if length == 0 {
		return nil, errors.New("data is empty")
	}
	padding := int(data[length-1])
	if padding > length {
		return nil, errors.New("invalid padding size")
	}
	return data[:length-padding], nil
}

// generateIV 生成一个随机的初始化向量（IV）
func generateIV() ([]byte, error) {
	iv := make([]byte, aes.BlockSize)
	if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, iv); err != nil {
		return nil, err
	}
	return iv, nil
}

2. 在其他项目中使用

在其他项目中导入 aesutil 包即可使用加密和解密功能。

package main

import (
	"encoding/hex"
	"fmt"
	"path/to/aesutil"
)

func main() {
	key := []byte("0123456789abcdef0123456789abcdef")
	plaintext := []byte("Hello, AES encryption in Golang!")

	ciphertext, err := aesutil.EncryptAES(key, plaintext)
	if err != nil {
		fmt.Println("Encryption error:", err)
		return
	}
	fmt.Println("Ciphertext (hex):", hex.EncodeToString(ciphertext))

	decryptedText, err := aesutil.DecryptAES(key, ciphertext)
	if err != nil {
		fmt.Println("Decryption error:", err)
		return
	}
	fmt.Println("Decrypted text:", string(decryptedText))
}

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