對稱加密算法在C#中的踩坑平常

前言

有幸接觸了一下傳說中的對稱加密算法3DES

感受這些加密算法與個人工做是想去甚遠的，通常沒什麼機會接觸這些東西

今次瞭解了一下3DES這個對稱算法

原理算不上明白，算是踩了C#中的一些坑吧

C#中對於密鑰的處理比較奇怪，花費了一夜一早上的時間才弄明白

期間偷窺了很多C#的源代碼

下面由我娓娓道來

簡介

3DES算法命名

定義算法最先期的標準被放在ANS X9.52中並在1998年發佈並將其描述爲三重數據加密算法（簡稱TDEA），在ANSI X3.92中定義了該算法的三個操做可是並無使用DES或者3DES，直到1999年發佈的FIPS PUB 46-3在正式命名三重數據加密算法，大概在2004到2005的樣子才正式引入三重數據加密算法，以前一直以TDEA存在着，也就是說TDEA就是3DES，可是沒有使用3DES做爲標準術語。

基本邏輯

三重數據加密算法使用包括密鑰K1，密鑰K2和密鑰約束K3，每個包含56位不包含奇偶校驗，算法實現公式以下：

ciphertext = EK3(DK2(EK1(plaintext)))

即

密文 = EK3(DK2(EK1(平文)))

用K1對數據進行加密，用K2對數據進行解密，用K3對數據再加密。

解密公式爲以下：

plaintext = DK1(EK2(DK3(ciphertext)))

即

平文 = DK1(EK2(DK3(密文)))

用K3j對數據進行解密，用K2對數據進行加密，用K1對數據進行加密。每次加密都處理64位數據並造成一塊。

3DES加密選項

定義了三種密鑰選項。

（1）三個密鑰相互獨立。

（2）K1和K2密鑰獨立，但K1 = K3。

（3）三個密鑰相等。

密鑰選項1的強度最高，擁有3 x 56 = 168個獨立的密鑰位。

密鑰選項2的安全性稍低，擁有2 x 56 = 112個獨立的密鑰位。該選項比簡單的應用DES兩次的強度較高，即便用K1和K2，由於它能夠防護中途相遇攻擊。

密鑰選項3等同與DES，只有56個密鑰位。這個選項提供了與DES的兼容性，由於第1和第2次DES操做相互抵消了。該選項再也不爲國家標準科技協會（NIST）所推薦，亦不爲ISO/IEC 18033-3所支持。

C#實現

講真簡介裏用來湊字數的這些內容我其實沒怎麼看明白

C#中使用TripleDESCryptoServiceProvider類來實現相關功能

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);
        }

從下面源碼中看出，該類接收的Key爲16位或24位

而後對於這個Key，C#彷佛有本身的處理方式

如下爲我的理解：

這個24位的key會被處理成3個8字節的獨立密鑰參與運算

當提供24位key時並無什麼不妥

可是當提供16位的key時 會把提供的key拆分紅兩個塊(block) 並以第一個塊做爲第三個塊組成一個24位的密鑰

以下：

輸入密鑰：49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55

實際使用：49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56

能夠看出使用了前8位來進行後面8位的補全

這時候你可能要問，若是提供一個不是16位也不是24位的密鑰時會發生什麼

會拋異常

以上理解都是在.NetFramework中的體現

若是換到NetCore中，效果就又不同了

NetCore

在NetCore中不存在TripleDESCryptoServiceProvider 取而代之的是 TripleDES

因此此時咱們的代碼須要稍做修改

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中一樣要求咱們提供24位的Key

可是不在兼容16位的Key，若是你提供一個非24位的Key就會異常

不過不要緊，對於16位的Key咱們能夠自行處理一下

同理使用前8位補全後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);
            //複製前8位補全後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);
            //複製前8位補全後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);
        }

至此就能夠正常兼容NetFramework的代碼了

小結

至此寫下此文，也算是對3DES有了些許瞭解吧

須要記住

在.NET Core中利用3DES加密和解密必需要給出3個密鑰即24個字節即便密鑰3和密鑰1相等，它不會像.NET Framework中會重用密鑰1中的位數。