Golang实现AES对称加密算法示例教程

安全总是相对的，对于敏感数据最好要有一定保护措施，尤其是在线数据，通过加密可转换信息为编码，从而防止非法获取。对开发者来说，加密本质是保护应用程序数据，假设我们以明文存储用户密码，可能会导致信息泄露。使用密文在一定程度上可避免信息落入他人之手，本文介绍Golang的对称加密算法实现。

前置知识

在正式学习加密解密之前，首先看看如何生成随机数，以及为什么要随机数。

生成随机数

编程中生成随机数或字符串非常重要，它是加密的基础工作。如果没有随机生成数，加密可能会失去作用，让加密数据可预测。为了生成随机数，Go提供了math/rand包及其他工具，下面通过实例说明：

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
)
func main() {
    fmt.Println(rand.Intn(100))
}

程序很简单，生成[0,100)之间的整数，但多次运行程序，会发现每次结果都一样。这是因为程序按照算法设定，默认随机种子为1，因此每次结果相同。我们通过设置不同随机种子修复错误：

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
     "time"
)
func main() {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    fmt.Println(rand.Intn(100))
}

这样每次运行时随机种子不同，结果自然就不同。

生成随机字符串

为了在Go中生成随机字符串，我们使用Base64编码和外部包，这是一种更实用和安全的方式。

首先我们看Base64编码：

package main

import (
    "encoding/base64"
    "fmt"
)

func main() {

    StringToEncode := "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"

    Encoding := base64.StdEncoding.EncodeToString([]byte(StringToEncode))
    fmt.Println(Encoding)                                        
}

randstr

go get -u github.com/thanhpk/randstr

下面示例生成随机长度为20字符串，代码如下：

package main
import(
  "github.com/thanhpk/randstr"
  "fmt"
)

func main() {
    MyString := randstr.String(20)
    fmt.Println(MyString)
}

运行多次，每次结果都不同。

加密和解密

crypto/aes, crypto/cipher, encoding/base64

加密

加密是隐藏数据的方法，是的别有用心的人拿到数据也没有用。这里主要使用crypto/aes(Advanced Encryption Standard)包提供的功能。

package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "encoding/base64"
    "fmt"
)

var bytes = []byte{35, 46, 57, 24, 85, 35, 24, 74, 87, 35, 88, 98, 66, 32, 14, 05}

// 生成环境应该通过配置文件获取
const MySecret string = "abc&1*~#^2^#s0^=)^^7%b34"

func Encode(b []byte) string {
    return base64.StdEncoding.EncodeToString(b)
}


// 加密方法可以加密任何类型文本
func Encrypt(text, MySecret string) (string, error) {
    block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
    if err != nil {
        return "", err
    }

    plainText := []byte(text)
    cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, bytes)
    cipherText := make([]byte, len(plainText))
    cfb.XORKeyStream(cipherText, plainText)

    return Encode(cipherText), nil
}

func main() {
    StringToEncrypt := "Encrypting this string"

    // To encrypt the StringToEncrypt
    encText, err := Encrypt(StringToEncrypt, MySecret)
    if err != nil {
     fmt.Println("error encrypting your classified text: ", err)
    }
    fmt.Println(encText)
}

crypto/cipherNewCFBEncrypter

16, 24, or 32， AES-128, AES-192, or AES-256.

cipher.go的源码定义如下：

// The AES block size in bytes.
const BlockSize = 16

// A cipher is an instance of AES encryption using a particular key.
type aesCipher struct {
	enc []uint32
	dec []uint32
}

type KeySizeError int

func (k KeySizeError) Error() string {
	return "crypto/aes: invalid key size " + strconv.Itoa(int(k))
}

// NewCipher creates and returns a new cipher.Block.
// The key argument should be the AES key,
// either 16, 24, or 32 bytes to select
// AES-128, AES-192, or AES-256.
...

再看下NewCFBEncrypter方法源码，注释写的很清楚两者长度需相同。

// NewCFBEncrypter returns a Stream which encrypts with cipher feedback mode,
// using the given Block. The iv must be the same length as the Block's block
// size.
func NewCFBEncrypter(block Block, iv []byte) Stream {
	return newCFB(block, iv, false)
}

Encrypt函数带两个参数，待加密的明文和加密的密钥。MySecret常量是加密方法所需的密钥，最后通过Encode函数返回Base64格式的密文。运行程序，输出结果即为密文，是StringToEncrypt变量值加密的结果。

Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==

解密

成功加密字符串后，需要能够正确解密，从密文还原为明文。典型的场景是用户数据是加密后存入数据库中，当用户再次访问时需要能够正确解密。也就说我们需要把前节中加密的密文正确还原为明文，首先需要使用解码函数，该函数会在解密方法中使用：

func Decode(s string) []byte {
    data, err := base64.StdEncoding.DecodeString(s)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    return data
} 

Decode函数有一个参数，对于Base64编码进行解码，解密方法代码如下：

// 解密方法把密文正确转为明文
func Decrypt(text, MySecret string) (string, error) {
    block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))

    if err != nil {
        return "", err
    }
    cipherText := Decode(text)

    cfb := cipher.NewCFBDecrypter(block, bytes)
    plainText := make([]byte, len(cipherText))
    cfb.XORKeyStream(plainText, cipherText)

    return string(plainText), nil
}

解密方法包括两个参数：text是密文，MySeret是密钥。在main函数中可以对前面密文进行解密并输出明文：

decText, err := Decrypt("Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==", MySecret)
if err != nil {
    fmt.Println("error decrypting your encrypted text: ", err)
}

fmt.Println(decText)

最后给出完整代码和注释：

package main

import (
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
	"encoding/base64"
	"fmt"
)

// 16位随机字符串
var bytes = []byte{35, 46, 57, 24, 85, 35, 24, 74, 87, 35, 88, 98, 66, 32, 14, 05}

// 密钥，实际应用中应该从环境变量或文件中获取
const MySecret string = "abc&1*~#^2^#s0^=)^^7%b34"

// Base64编码和解码方法
func Encode(b []byte) string {
	return base64.StdEncoding.EncodeToString(b)
}

func Decode(s string) []byte {
	data, err := base64.StdEncoding.DecodeString(s)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return data
}

// 加密方法
func Encrypt(text, MySecret string) (string, error) {
	block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
	if err != nil {
		return "", err
	}

	plainText := []byte(text)
	cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, bytes)
	cipherText := make([]byte, len(plainText))
	cfb.XORKeyStream(cipherText, plainText)

	return Encode(cipherText), nil
}

// 解密方法
func Decrypt(text, MySecret string) (string, error) {
	block, err := aes.NewCipher([]byte(MySecret))
	if err != nil {
		return "", err
	}

	cipherText := Decode(text)
	cfb := cipher.NewCFBDecrypter(block, bytes)
	plainText := make([]byte, len(cipherText))
	cfb.XORKeyStream(plainText, cipherText)

	return string(plainText), nil
}

func main() {
	StringToEncrypt := "Encrypting this string"

	// 对StringToEncrypt变量值进行加密
	encText, err := Encrypt(StringToEncrypt, MySecret)
	if err != nil {
		fmt.Println("error encrypting your classified text: ", err)
	}
	fmt.Println(encText)

	// 对密文进行解密
	decText, err := Decrypt("Li5E8RFcV/EPZY/neyCXQYjrfa/atA==", MySecret)
	if err != nil {
		fmt.Println("error decrypting your encrypted text: ", err)
	}
	
	fmt.Println(decText)
}

cipherText = append(cipherText, bytes...)

总结

crypto/aes, crypto/cipher, encoding/base64