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.NET中的DES對稱加密詳解

更新時間：2013年10月02日 14:33:10 投稿：shangke

DES是一種對稱加密(Data Encryption Standard)算法,于1977年得到的正式許可,是一種用56位密鑰來加密64位數(shù)據(jù)的方法,一般密碼長度為8個字節(jié),其中56位加密密鑰,每個第8位都用作奇偶校驗

DES算法一般有兩個關(guān)鍵點，第一個是加密模式，第二個是數(shù)據(jù)補(bǔ)位，加密模式的主要意義就是，加密算法是按塊進(jìn)行加密的，例如 DES ，是 64Bit 一個塊的進(jìn)行加密，就是每次加密 8 個字節(jié)，因此每次輸入八個字節(jié)的明文輸出八個字節(jié)密文，如果是 16 個字節(jié)，那么分成兩個塊依次進(jìn)行加密，問題就出現(xiàn)在這里，如果明文是 1234567812345678，分塊分別進(jìn)行加密，那么加密的結(jié)果類似“C4132737962C519C C4132737962C519C”，可以看出明文的規(guī)律，這就是 ECB 加密模式，密文可以看出明文的規(guī)律；為了解決這個問題，有了其他的加密模式：CBC 加密模式（密碼分組連接），CFB加密模式（密碼反饋模式），OFB加密模式（輸出反饋模式）CBC 是要求給一個初始化的向量，然后將每個輸出與該向量作運(yùn)算，并將運(yùn)算的結(jié)果作為下一個加密塊的初始化向量，CFB 和 OFB 則不需要提供初始化向量，直接將密碼或者輸出作為初始化向量進(jìn)行運(yùn)算；這樣就避免了明文的規(guī)律出現(xiàn)在密文中；當(dāng)然缺點是解密時需要保證密文的正確性，如果網(wǎng)絡(luò)傳輸時發(fā)生了一部分錯誤，則后面的解密結(jié)果就可能是錯誤的；（ECB模式僅影響傳輸錯誤的那個塊。密碼算法基本上都是分組（按快）進(jìn)行加密的，如果密文長度不是剛剛好可以進(jìn)行分組，怎么辦？只能進(jìn)行填充。

加密算法常見的有ECB模式和CBC模式：
第一種電子密本方式（ECB）
ECB模式：電子密本方式，就是將數(shù)據(jù)按照8個字節(jié)一段進(jìn)行DES加密或解密得到一段8個字節(jié)的密文或者明文，最后一段不足8個字節(jié)，則補(bǔ)足8個字節(jié)(注意：這里就涉及到數(shù)據(jù)補(bǔ)位了)進(jìn)行計算，之后按照順序?qū)⒂嬎闼玫臄?shù)據(jù)連在一起即可，各段數(shù)據(jù)之間互不影響。將明文分成n個64比特分組，如果明文長度不是64比特的倍數(shù)，則在明文末尾填充適當(dāng)數(shù)目的規(guī)定符號。對明文組用給定的密鑰分別進(jìn)行加密，行密文C=(C0,C1,……,Cn-1)其中Ci=DES(K,xi),i=0,1,…..,n-1。這是Java封裝的DES算法的默認(rèn)模式.
第二種密文分組鏈接方式（CBC）

密文分組鏈接方式，在CBC方式下，每個明文組xi在加密前與先一組密文按位模二加后，再送到DES加密，CBC方式克服了ECB方式報內(nèi)組重的缺點，但由于明文組加密前與一組密文有關(guān)，因此前一組密文的錯誤會傳播到下一組。這是.NET封裝的DES算法的默認(rèn)模式，它比較麻煩，加密步驟如下：

1、首先將數(shù)據(jù)按照8個字節(jié)一組進(jìn)行分組得到D1D2……Dn(若數(shù)據(jù)不是8的整數(shù)倍，就涉及到數(shù)據(jù)補(bǔ)位了)

2、第一組數(shù)據(jù)D1與向量I異或后的結(jié)果進(jìn)行DES加密得到第一組密文C1(注意：這里有向量I的說法，ECB模式下沒有使用向量I)

3、第二組數(shù)據(jù)D2與第一組的加密結(jié)果C1異或以后的結(jié)果進(jìn)行DES加密，得到第二組密文C2

4、之后的數(shù)據(jù)以此類推，得到Cn

5、按順序連為C1C2C3……Cn即為加密結(jié)果。

第三種密文反饋方式（CFB），可用于序列密碼
明文X＝(x0,x1,……,xn-1)，其中xi由t個比特組成0 第四種輸出反饋方式（OFB），可用于序列密碼
與CFB唯一不同的是OFB是直接取DES輸出的t個比特，而不是取密文的t個比特，其余都與CFB相同。但它取的是DES的輸出，所以它克服了CFB的密文錯誤傳播的缺點

數(shù)據(jù)補(bǔ)位一般有NoPadding和PKCS7Padding(Java中是PKCS5Padding)填充方式，PKCS7Padding和PKCS5Padding實際只是協(xié)議不一樣，根據(jù)相關(guān)資料說明：PKCS5Padding明確定義了加密塊是8字節(jié)，PKCS7Padding加密快可以是1-255之間。但是封裝的DES算法默認(rèn)都是8字節(jié)，所以可以認(rèn)為他們一樣。數(shù)據(jù)補(bǔ)位實際是在數(shù)據(jù)不滿8字節(jié)的倍數(shù)，才補(bǔ)充到8字節(jié)的倍數(shù)的填充過程。

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，分別為不填充和填充0的方式。

PKCS7Padding(PKCS5Padding)填充方式：為.NET和Java的默認(rèn)填充方式，對加密數(shù)據(jù)字節(jié)長度對8取余為r,如r大于0,則補(bǔ)8-r個字節(jié)，字節(jié)為8-r的值;如果r等于0,則補(bǔ)8個字節(jié)8.比如：

加密字符串為為AAA,則補(bǔ)位為AAA55555;加密字符串為BBBBBB,則補(bǔ)位為BBBBBB22;加密字符串為CCCCCCCC,則補(bǔ)位為CCCCCCCC88888888.

.NET中的DES加密

對于.NET,框架在System.Security.Cryptography命名空間下提供了DESCryptoServiceProvider作為System.Security.Cryptography.DES加密解密的包裝接口，它提供了如下的4個方法：

public override ICryptoTransform CreateDecryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)

public override ICryptoTransform CreateEncryptor(byte[] rgbKey, byte[] rgbIV)

public override void GenerateIV()

public override void GenerateKey()

從.NET類庫封裝情況，加解密需要傳入一個Key和IV向量。而且Key必須為8字節(jié)的數(shù)據(jù)，否則會直接拋異常出來，當(dāng)使用ECB模式下，不管傳入什么IV向量，加密結(jié)果都一樣。