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C#中对称加密算法的踩坑日常记录

程序员文章站 2022-06-03 20:13:47
1|0前言 有幸接触了一下传说中的对称加密算法3des 感觉这些加密算法与我的工作是想去甚远的,一般没什么机会接触这些东西 今次了解了一下3des这个对称算法 原理...

1|0前言

有幸接触了一下传说中的对称加密算法3des

感觉这些加密算法与我的工作是想去甚远的,一般没什么机会接触这些东西

今次了解了一下3des这个对称算法

原理算不上明白,算是踩了c#中的一些坑吧

c#中对于密钥的处理比较奇怪,花费了一晚上一早上的时间才弄明白

期间偷窥了不少c#的源代码

下面由我娓娓道来

2|0简介

2|13des算法命名

定义算法最早期的标准被放在ans x9.52中并在1998年发布并将其描述为三重数据加密算法(简称tdea),在ansi x3.92中定义了该算法的三个操作但是并没有使用des或者3des,直到1999年发布的fips pub 46-3在正式命名三重数据加密算法,大概在2004到2005的样子才正式引入三重数据加密算法,之前一直以tdea存在着,也就是说tdea就是3des,但是没有使用3des作为标准术语。

2|2基本逻辑

三重数据加密算法使用包括密钥k1,密钥k2和密钥约束k3,每一个包含56位不包含奇偶校验,算法实现公式如下:

ciphertext = ek3(dk2(ek1(plaintext)))

密文 = ek3(dk2(ek1(平文)))

用k1对数据进行加密,用k2对数据进行解密,用k3对数据再加密。

解密公式为如下:

plaintext = dk1(ek2(dk3(ciphertext)))

平文 = dk1(ek2(dk3(密文)))

用k3j对数据进行解密,用k2对数据进行加密,用k1对数据进行加密。每次加密都处理64位数据并形成一块。

2|33des加密选项

定义了三种密钥选项。

(1)三个密钥相互独立。

(2)k1和k2密钥独立,但k1 = k3。

(3)三个密钥相等。

密钥选项1的强度最高,拥有3 x 56 = 168个独立的密钥位。

密钥选项2的安全性稍低,拥有2 x 56 = 112个独立的密钥位。该选项比简单的应用des两次的强度较高,即使用k1和k2,因为它可以防御中途相遇攻击。

密钥选项3等同与des,只有56个密钥位。这个选项提供了与des的兼容性,因为第1和第2次des操作相互抵消了。该选项不再为国家标准科技协会(nist)所推荐,亦不为iso/iec 18033-3所支持。

2|4c#实现

讲真简介里用来凑字数的这些内容我其实没怎么看明白

c#中使用tripledescryptoserviceprovider类来实现相关功能

    public static string desencrypt(string input, string key)
    {
      byte[] inputarray = encoding.utf8.getbytes(input);
      tripledescryptoserviceprovider tripledes = new tripledescryptoserviceprovider();
      tripledes.key = encoding.utf8.getbytes(key);
     
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createencryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      tripledes.clear();
      return convert.tobase64string(resultarray, 0, resultarray.length);
    }

    public static string desdecrypt(string input, string key)
    {
      byte[] inputarray = convert.frombase64string(input);
      tripledescryptoserviceprovider tripledes = new tripledescryptoserviceprovider();
      tripledes.key = encoding.utf8.getbytes(key);
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createdecryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      tripledes.clear();
      return encoding.utf8.getstring(resultarray);
    }

从下面源码中看出,该类接收的key为16位或24位

C#中对称加密算法的踩坑日常记录

然后对于这个key,c#似乎有自己的处理方式

以下为个人理解:

这个24位的key会被处理成3个8字节的独立密钥参与运算

当提供24位key时并没有什么不妥

但是当提供16位的key时 会把提供的key拆分成两个块(block) 并以第一个块作为第三个块组成一个24位的密钥

如下:

输入密钥:49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55

实际使用:49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56

可以看出使用了前8位来进行后面8位的补全

这时候你可能要问,如果提供一个不是16位也不是24位的密钥时会发生什么

会抛异常

以上理解都是在.netframework中的体现

如果换到netcore中,效果就又不一样了

2|5netcore

在netcore中不存在tripledescryptoserviceprovider 取而代之的是 tripledes

所以此时我们的代码需要稍作修改

public static string desencrypt(string input, string key)
    {

      byte[] inputarray = encoding.utf8.getbytes(input);
      var tripledes = tripledes.create();
      var bytekey = encoding.utf8.getbytes(key);
      tripledes.key = bytekey;
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createencryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      return convert.tobase64string(resultarray, 0, resultarray.length);
    }

    public static string desdecrypt(string input, string key)
    {
      byte[] inputarray = convert.frombase64string(input);
      var tripledes = tripledes.create();
      var bytekey = encoding.utf8.getbytes(key);
      tripledes.key = bytekey;
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createdecryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      return encoding.utf8.getstring(resultarray);
    }

netcore中同样要求我们提供24位的key

但是不在兼容16位的key,如果你提供一个非24位的key就会异常

不过没关系,对于16位的key我们可以自行处理一下

同理使用前8位补全后8位

    public static string desencrypt(string input, string key)
    {

      byte[] inputarray = encoding.utf8.getbytes(input);
      var tripledes = tripledes.create();
      var bytekey = encoding.utf8.getbytes(key);
      //复制前8位补全后8位
      byte[] allkey = new byte[24];
      buffer.blockcopy(bytekey, 0, allkey, 0, 16);
      buffer.blockcopy(bytekey, 0, allkey, 16, 8);
      tripledes.key = allkey;
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createencryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      return convert.tobase64string(resultarray, 0, resultarray.length);
    }

    public static string desdecrypt(string input, string key)
    {
      byte[] inputarray = convert.frombase64string(input);
      var tripledes = tripledes.create();
      var bytekey = encoding.utf8.getbytes(key);
      //复制前8位补全后8位
      byte[] allkey = new byte[24];
      buffer.blockcopy(bytekey, 0, allkey, 0, 16);
      buffer.blockcopy(bytekey, 0, allkey, 16, 8);
      tripledes.key = allkey;
      tripledes.mode = ciphermode.ecb;
      tripledes.padding = paddingmode.pkcs7;
      icryptotransform ctransform = tripledes.createdecryptor();
      byte[] resultarray = ctransform.transformfinalblock(inputarray, 0, inputarray.length);
      return encoding.utf8.getstring(resultarray);
    }

至此就可以正常兼容netframework的代码了

3|0小结

至此写下此文,也算是对3des有了些许了解吧

需要记住

在.net core中利用3des加密和解密必须要给出3个密钥即24个字节即使密钥3和密钥1相等,它不会像.net framework中会重用密钥1中的位数。

好了,以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对的支持。