与公私密钥密码使用密钥对两样


AES简介

美利坚同盟国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准(AES)。AES是一个对称分组密码算法,旨在取代DES成为普遍利用的正式。

按照使用的密码长度,AES最普遍的有3种密钥方案,用以适应不同的场馆要求,分别是AES-128、AES-192和AES-256,与公共密钥密码使用密钥对两样,对称密钥密码使用同样的密钥加密和解密数据,

 

注意事项:1.AES加密的时候分为很多形式的。除了ECB不需要设置IV  
 其他格局都急需设置iv(这是旁人告诉自己的);假若您使用的不是ECB形式,其他格局千万记得设置IV;

 

AES加密形式和填充模式

算法/格局/填充                16字节加密后数据长度       
不满16字节加密后长度
AES/CBC/NoPadding             16                          不支持
AES/CBC/PKCS5Padding          32                          16
AES/CBC/ISO10126Padding       32                          16
AES/CFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/CFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/CFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/ECB/NoPadding             16                          不支持
AES/ECB/PKCS5Padding          32                          16
AES/ECB/ISO10126Padding       32                          16
AES/OFB/NoPadding             16                          原始数据长度
AES/OFB/PKCS5Padding          32                          16
AES/OFB/ISO10126Padding       32                          16
AES/PCBC/NoPadding            16                          不支持
AES/PCBC/PKCS5Padding         32                          16
AES/PCBC/ISO10126Padding      32                          16

 

参考小说


Base64编码

据我说知,苹果并没有提供API来是实现Base64编码,所以需要看官在网上寻找验证,还好,这并不难

感谢Lonely__angelababa的指示,苹果是有Base64的API,截图如下:

苹果提供Base64API.png

Base64编码的研究是是利用64个基本的ASCII码字符对数据进行重新编码。它将索要编码的多少拆分成字节数组。以3个字节为一组。按顺序排列24 位数据,再把这24位数据分为4组,即每组6位。再在每组的的最高位前补两个0凑足一个字节。这样就把一个3字节为一组的数据重新编码成了4个字节。当所要编码的多少的字节数不是3的整倍数,也就是说在分组时最终一组不够3个字节。这时在终极一组填充1到2个0字节。并在结尾编码完成后在结尾添加1到2个
“=”。

例:将对ABC进行BASE64编码:

1、首先取ABC对应的ASCII码值。A(65)B(66)C(67);

2、再取二进制值A(01000001)B(01000010)C(01000011);

3、然后把这六个字节的二进制码接起来(010000010100001001000011);

4、
再以6位为单位分为4个数据块,并在高高的位填充六个0后形成4个字节的编码后的值,(00010000)(00010100)(00001001)(00000011),其中加色部分为实际数据;

5、再把这五个字节数据转化成10进制数得(16)(20)(9)(3);

6、最后按照BASE64给出的64个基本字符表,查出对应的ASCII码字符(Q)(U)(J)(D),这里的值实际就是数码在字符表中的索引。

Base64编码表

解码过程就是把4个字节再还原成3个字节再遵照不同的多少格局把字节数组重新整理成多少。

Base64很直观的目标就是让二进制文件转发为64个主导的ASCII码字符。

AES

系统也并没有直接提供诸如DES、AES的API,不过提供了加密解密的连带操作CommonCrypto,DES或者AES的落实,需要我们友好包裹一下。

加密是由算法/模式/填充结缘的,算法是DES,AES等,
形式是EBC,CBC等,iOS和Android的填写是不相同的:

mac支持:

NoPadding (NoPadding就是不填充,相当于自定义填充)

PKCS7Padding

而java支持:

NoPadding

ISO10126Padding

OAEPPadding, OAEPWith<digest>And<mgf>Padding

PKCS1Padding

PKCS5Padding

SSL3Padding

接下去大家引入一些背景知识:

在密码学中,分组加密(Block
cipher,又称分块加密),是一种对称密钥算法。它将公开分成多少个等长的模块(block),使用规定的算法和对称密钥对每组分别加密解密。分组加密是极其重要的加密协议组成,其中优秀的如DES和AES作为美利坚联邦合众国政党仲裁的正规加密算法,应用领域从电子邮件加密到银行贸易转帐,很是广泛。

密码学中的工作模式:

最早出现的劳作形式,ECB,CBC,OFB和CFB可以追溯到1981年。2001年,NIST修订了其原先发布的干活形式工作列表,插足了AES,并插足了CTR形式。最终,在二零一零年1月,NIST参与了XTS-AES,而此外的可信格局并从未为NIST所认证。例如CTS是一种密文窃取的形式,许多科普的密码学运行库提供了这种格局。

密码学中,块密码的办事格局允许利用同一个块密码密钥对多于一块的多少举行加密,并确保其安全性。块密码自身只可以加密长度等于密码块长度的单块数据,若要加密变长数据,则数据必须先被分割为一些单身的密码块。经常而言,最终一块数据也需要运用分外填充方式将数据扩张到适合密码块大小的尺寸。一种工作形式描述了加密每一数据块的长河,并时时使用基于一个惯常号称初始化向量的增大输入值以拓展随机化,以确保安全。

初始化向量

伊始化向量(IV,Initialization
Vector)是累累行事形式中用于随机化加密的一块数据,因而得以由同样的公然,相同的密钥爆发不同的密文,而无需重新爆发密钥,避免了家常非凡复杂的这一过程。

初阶化向量与密钥相相比较有两样的安全性要求,因而IV平日并非保密,但是在大部分情形中,不应有在利用相同密钥的情景下两回采纳同一个IV。对于CBC和CFB,重用IV会导致泄露明文首个块的少数音信,亦包括几个例外音讯中一致的前缀。对于OFB和CTR而言,重用IV会导致全盘失去安全性。其它,在CBC情势中,IV在加密时务必是力不从心预测的;特其余,在许多实现中应用的暴发IV的主意,例如SSL2.0利用的,即选择上一个音信的结尾一块密文作为下一个信息的IV,是不安全的。

只顾:ECB形式不需要起先化向量,之所以提一句,是因为我用的ECB格局。

填充

块密码只可以对规定长度的多寡块进行处理,而音讯的长短一般是可变的。因而有的格局(即ECB和CBC)需要最后一块在加密前进行填写。有数种填充方法,其中最简单易行的一种是在平文的末段填充空字符以使其长度为块长度的整数倍,但无法不确保可以还原平文的固有长度;例如,若平文是C语言风格的字符串,则唯有串尾会有空字符。稍微复杂一点的不二法门则是本来的DES使用的不二法门,即在数码后添加一个1位,再添加丰硕的0位直到知足块长度的要求;若信息长度刚好符合块长度,则增长一个填充块。最复杂的则是指向CBC的办法,例如密文窃取,残块终结等,不会暴发额外的密文,但会追加部分复杂度。Bruce·施奈尔和尼尔(Neil)斯·弗格森(Ferguson)提议了二种简易的可能:添加一个值为128的字节(十六进制的80),再以0字节填满最终一个块;或向终极一个块填充n个值均为n的字节。

CFB,OFB和CTR形式不需要对长度不为密码块大小整数倍的音信举办特其它拍卖。因为这一个形式是由此对块密码的出口与平文举行异或工作的。最终一个平文块(可能是不完全的)与密钥流块的前多少个字节异或后,暴发了与该平文块大小同等的密文块。流密码的那么些特性使得它们得以选取在急需密文和平文数据长度严俊相等的场馆,也足以行使在以流格局传输数据而不便宜举行填写的场子。

注意:ECB格局是内需填写的。

ECB:
最简单易行的加密形式即为电子密码本(Electronic
codebook,ECB)情势。需要加密的音信遵照块密码的块大小被分成数个块,并对各种块举办单独加密。

ECB加密

ECB解密

本办法的毛病在于同样的平文块会被加密成相同的密文块;由此,它不可能很好的隐身数据情势。在好几场地,这种艺术不可能提供严厉的数目保密性,由此并不推荐用于密码协议中。下边的例子展现了ECB在密文中显示平文的格局的水准:该图像的一个位图版本(上图)通过ECB格局可能会被加密成中图,而非ECB格局平日会将其加密成最下图。

原图

采取ECB格局加密

提供了伪随机性的非ECB情势

原图是选取CBC,CTR或其他其他的更安全的格局加密最下图可能暴发的结果——与随机噪声无异。注意最下图看起来的随机性并不可以代表图像已经被安全的加密;许多不安全的加密法也恐怕暴发这种“随机的”输出。

ECB形式也会促成使用它的商议不可以提供数据完整性珍贵,易遭到回放攻击的震慑,由此各类块是以完全相同的方法解密的。例如,“梦幻之星在线:红色脉冲”在线电子游戏使用ECB情势的Blowfish密码。在密钥交流系统被破解而暴发更简便的破解形式前,作弊者重复通过发送加密的“杀死怪物”新闻包以非官方的高效扩展阅历值。

其它情势在此就不举办了,详情请转块密码的劳作情势
,进一步询问CBC、CFB、OFB、CTR等情势。

把最关键的函数摘出来解释一下:

/*!
    @function   CCCrypt
    @abstract   Stateless, one-shot encrypt or decrypt operation.
                This basically performs a sequence of CCCrytorCreate(),
                CCCryptorUpdate(), CCCryptorFinal(), and CCCryptorRelease().

    @param      alg             Defines the encryption algorithm.


    @param      op              Defines the basic operation: kCCEncrypt or
                    kCCDecrypt.

    @param      options         A word of flags defining options. See discussion
                                for the CCOptions type.

    @param      key             Raw key material, length keyLength bytes. 

    @param      keyLength       Length of key material. Must be appropriate 
                                for the select algorithm. Some algorithms may 
                                provide for varying key lengths.

    @param      iv              Initialization vector, optional. Used for 
                                Cipher Block Chaining (CBC) mode. If present, 
                                must be the same length as the selected 
                                algorithm's block size. If CBC mode is
                                selected (by the absence of any mode bits in 
                                the options flags) and no IV is present, a 
                                NULL (all zeroes) IV will be used. This is 
                                ignored if ECB mode is used or if a stream 
                                cipher algorithm is selected. 

    @param      dataIn          Data to encrypt or decrypt, length dataInLength 
                                bytes. 

    @param      dataInLength    Length of data to encrypt or decrypt.

    @param      dataOut         Result is written here. Allocated by caller. 
                                Encryption and decryption can be performed
                                "in-place", with the same buffer used for 
                                input and output. 

    @param      dataOutAvailable The size of the dataOut buffer in bytes.  

    @param      dataOutMoved    On successful return, the number of bytes
                    written to dataOut. If kCCBufferTooSmall is
                returned as a result of insufficient buffer
                space being provided, the required buffer space
                is returned here. 

    @result     kCCBufferTooSmall indicates insufficent space in the dataOut
                                buffer. In this case, the *dataOutMoved 
                                parameter will indicate the size of the buffer
                                needed to complete the operation. The 
                                operation can be retried with minimal runtime 
                                penalty. 
                kCCAlignmentError indicates that dataInLength was not properly 
                                aligned. This can only be returned for block 
                                ciphers, and then only when decrypting or when 
                                encrypting with block with padding disabled. 
                kCCDecodeError  Indicates improperly formatted ciphertext or
                                a "wrong key" error; occurs only during decrypt
                                operations. 
 */  

CCCryptorStatus CCCrypt(
    CCOperation op,         /* 枚举值,确认是加密操作,还是解密操作 */
    CCAlgorithm alg,        /* 枚举值,确认加解密的算法,如kCCAlgorithmAES128、kCCAlgorithmDES */
    CCOptions options,      /* 枚举值,kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,经我调查,这样就是ECB模式,并以PKCS7来填充*/
    const void *key,
    size_t keyLength,
    const void *iv,         /* 初始化向量(NULLoptional initialization vector),ECB模式写NULL就行 */
    const void *dataIn,     /* optional per op and alg */
    size_t dataInLength,
    void *dataOut,          /* data RETURNED here */
    size_t dataOutAvailable,
    size_t *dataOutMoved)  

下面说到,iOS和Android填充是不雷同的,这怎么做?据说,PKCS7Padding是兼容PKCS5Padding的,我在与安卓联合测试中,确实并未问题。

把自家用的AES加密摘出来吧:

自己用的是一个NSData类目NSData+AES,密钥是128位的,即16个字节,加密解密方法的贯彻如下(记得引#import <CommonCrypto/CommonCryptor.h>):

加密:

- (NSData *)AES128EncryptWithKey:(NSString *)key
{
    // 'key' should be 32 bytes for AES256, will be null-padded otherwise
    char keyPtr[kCCKeySizeAES128+1]; // room for terminator (unused)
    bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr)); // fill with zeroes (for padding)

    // fetch key data
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSUInteger dataLength = [self length];

    //See the doc: For block ciphers, the output size will always be less than or
    //equal to the input size plus the size of one block.
    //That's why we need to add the size of one block here
    size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    size_t numBytesEncrypted = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,
                                          keyPtr, kCCKeySizeAES128,
                                          NULL /* initialization vector (optional) */,
                                          [self bytes], dataLength, /* input */
                                          buffer, bufferSize, /* output */
                                          &numBytesEncrypted);
    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        //the returned NSData takes ownership of the buffer and will free it on deallocation
        return [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesEncrypted];
    }

    free(buffer); //free the buffer;
    return nil;
}  

解密:

- (NSData *)AES128DecryptWithKey:(NSString *)key {
    // 'key' should be 32 bytes for AES256, will be null-padded otherwise
    char keyPtr[kCCKeySizeAES128+1]; // room for terminator (unused)
    bzero(keyPtr, sizeof(keyPtr)); // fill with zeroes (for padding)

    // fetch key data
    [key getCString:keyPtr maxLength:sizeof(keyPtr) encoding:NSUTF8StringEncoding];

    NSUInteger dataLength = [self length];

    //See the doc: For block ciphers, the output size will always be less than or
    //equal to the input size plus the size of one block.
    //That's why we need to add the size of one block here
    size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
    void *buffer = malloc(bufferSize);

    size_t numBytesDecrypted = 0;
    CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCDecrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionPKCS7Padding| kCCOptionECBMode,
                                          keyPtr, kCCKeySizeAES128,
                                          NULL /* initialization vector (optional) */,
                                          [self bytes], dataLength, /* input */
                                          buffer, bufferSize, /* output */
                                          &numBytesDecrypted);

    if (cryptStatus == kCCSuccess) {
        //the returned NSData takes ownership of the buffer and will free it on deallocation
        return [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesDecrypted];
    }

    free(buffer); //free the buffer;
    return nil;
}