对称加密之 - DES

简介

DES(Data Encryption Standard)是一种对称加密算法，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。一般密码长度为8个字节，其中56位加密密钥，每个第8位都用作奇偶校验。

DES算法一般有两个关键点，第一个是加密算法，第二个是数据补位。

DES算法的几种加密模式

加密算法常见的有ECB模式和CBC模式：

ECB模式：电子密本方式，这是JAVA封装的DES算法的默认模式，就是将数据按照8个字节一段进行DES加密或解密得到一段8个字节的密文或者明文，最后一段不足8个字节，则补足8个字节（注意：这里就涉及到数据补位了）进行计算，之后按照顺序将计算所得的数据连在一起即可，各段数据之间互不影响。

CBC模式：密文分组链接方式，这是.NET封装的DES算法的默认模式

DES算法的填补方式

数据补位一般有NoPadding和PKCS7Padding(JAVA中是PKCS5Padding)填充方式，PKCS7Padding和PKCS5Padding实际只是协议不一样。
根据相关资料说明：PKCS5Padding明确定义了加密块是8字节，PKCS7Padding加密快可以是1-255之间。
但是封装的DES算法默认都是8字节，所以可以认为他们一样。
数据补位实际是在数据不满8字节的倍数，才补充到8字节的倍数的填充过程。

NoPadding填充方式：算法本身不填充，比如.NET的padding提供了有None，Zeros方式，分别为不填充和填充0的方式。

PKCS7Padding（PKCS5Padding）填充方式：为.NET和JAVA的默认填充方式，对加密数据字节长度对8取余为r，如r大于0，则补8-r个字节，字节为8-r的值；如果r等于0，则补8个字节8。

比如：
加密字符串为为AAA，则补位为AAA55555;加密字符串为BBBBBB，则补位为BBBBBB22；加密字符串为CCCCCCCC，则补位为CCCCCCCC88888888。

小结：

• java中，DES默认ECB加密模式，默认PKCS5Padding填充方式

Java 实现 DES 加解密

1. 获得 DES 密钥对象

    /**
     * 获得 DES 密钥对象
     * 
     * @param secretKeyStr 原始密钥字符串
     * @return SecretKey 密钥对象
     * @throws NoSuchAlgorithmException
     * @throws InvalidKeySpecException
     * @throws InvalidKeyException
     */
    private static SecretKey generateKey(String secretKeyStr)
            throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException, InvalidKeyException {
        // 从原始密钥数据 secretKeyStr 创建 DESKeySpec 对象
        DESKeySpec keySpec = new DESKeySpec(secretKeyStr.getBytes());
        // 创建一个密钥工厂，然后用它把 DESKeySpec 转换成 SecretKey 对象
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(DES_ALGORITHM);
        SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(keySpec);
        return securekey;
    }

2. DES加密

    /**
     * DES加密
     * 
     * @param plainData 原始字符串
     * @param secretKey 加密密钥
     * @return 加密后的字符串
     * 
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     * @throws InvalidKeySpecException 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws BadPaddingException 
     * @throws IllegalBlockSizeException 
     */
    public static String encryption(String plainData, String secretKey) 
            throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, 
            InvalidKeyException, InvalidKeySpecException, 
            IllegalBlockSizeException, BadPaddingException  {

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DES_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, generateKey(secretKey));

        byte[] buf = cipher.doFinal(plainData.getBytes());

        return Hex.encodeHexString(buf);
    }

3. DES解密

    /**
     * DES解密
     * 
     * @param secretData 密码字符串
     * @param secretKey 解密密钥
     * @return 原始字符串
     * 
     * @throws NoSuchPaddingException 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     * @throws InvalidKeySpecException 
     * @throws InvalidKeyException 
     * @throws DecoderException 
     * @throws BadPaddingException 
     * @throws IllegalBlockSizeException 
     * @throws UnsupportedEncodingException 
     */
    public static String decryption(String secretData, String secretKey) 
            throws NoSuchAlgorithmException, NoSuchPaddingException, 
            InvalidKeyException, InvalidKeySpecException, IllegalBlockSizeException, 
            BadPaddingException, DecoderException, UnsupportedEncodingException {

        // DES/ECB/NoPadding
        // 默认  DES/ECB/PKCS5Padding  ==> DES
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(DES_ALGORITHM);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, generateKey(secretKey));

        byte[] buf = cipher.doFinal(Hex.decodeHex(secretData.toCharArray()));
        
        return new String(buf, "utf-8");
    }

4. 测试

    public static void main(String[] args) {
        String keyStr = "12345678"; 
        String strOld = "汉字+Admin@123";
        String encodeStr = "";
        String decodeStr = "";
        
        try {
            //加密
            encodeStr = encryption(strOld, keyStr);
            //解密
            decodeStr = decryption(encodeStr, keyStr);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(encodeStr); 
        // 373e13088cd22a5a19816fd3a5873024feb959b7d4642fcb
        System.out.println(decodeStr); 
        // 汉字+Admin@123
    }

Js 实现 DES 加解密

前端采用第三方框架 cryptoJs实现，git 地址

1. DES 加密

   // DES加密
   function encryptByDES(message) {
       //把私钥转换成16进制的字符串
       let keyHex = CryptoJS.enc.Utf8.parse(key);
       //模式为ECB padding为Pkcs7
       let encrypted = CryptoJS.DES.encrypt(message, keyHex, {
           mode: CryptoJS.mode.ECB,
           padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
       });
       //加密出来是一个16进制的字符串
       return encrypted.ciphertext.toString();
   }

2. DES 解密

    //DES  ECB模式解密
    function decryptByDESModeEBC(ciphertext) {
        //把私钥转换成16进制的字符串
        let keyHex = CryptoJS.enc.Utf8.parse(key);
        //把需要解密的数据从16进制字符串转换成字符byte数组
        let decrypted = CryptoJS.DES.decrypt({
            ciphertext: CryptoJS.enc.Hex.parse(ciphertext)
        }, keyHex, {
            mode: CryptoJS.mode.ECB,
            padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
        });
        //以utf-8的形式输出解密过后内容
        let result_value = decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);
        return result_value;
    }

3. 测试

    //需要加密的内容
    let str1 = encryptByDES('汉字+Admin@123');
    let str2 = decryptByDESModeEBC(str1);
    console.log(str1) // 373e13088cd22a5a19816fd3a5873024feb959b7d4642fcb
    console.log(str2) // 汉字+Admin@123

总结

• Java 中，Cipher cipher = Cipher.getInstance(DES_ALGORITHM);
  默认采用的是 ESB 加密模式，PKCS5Padding 填充
• Js 中，mode: CryptoJS.mode.ECB, padding: CryptoJS.pad.Pkcs7;
  所以采用的是 ESB 加密模式，PKCS7Padding 填充
• 因为 PKCS5Padding 与 PKCS7Padding 封装的DES算法默认都是8字节，所以可以认为他们一样。
• 所以如上面demo所示，我们发现 Java 与 Js 采用同样的 密钥key 与 明文 ， 最终加解密得到同样的密文。
• 这样就可以满足前端 Js 加密，后台 Java 解密 和 后台 Java 加密，前端 Js 解密的一整个请求+返回过程的信息加密。