詳解DES&3DES算法的原理以及C#和JS的實(shí)現(xiàn)
更新時(shí)間：2023年03月17日 15:23:50 作者：橙子家
DES?全稱為?Data?Encryption?Standard，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種使用密鑰加密的塊算法。3DES?算法通過對?DES?算法進(jìn)行改進(jìn)，增加?DES?的密鑰長度來避免類似的攻擊。本文就來聊聊它們的原理與實(shí)現(xiàn)吧
一、簡介
1、DES 簡介
DES 全稱為 Data Encryption Standard，即數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是一種使用密鑰加密的塊算法，1977 年被美國聯(lián)邦政府的國家標(biāo)準(zhǔn)局確定為聯(lián)邦資料處理標(biāo)準(zhǔn)（FIPS），并授權(quán)在非密級政府通信中使用，隨后該算法在國際上廣泛流傳開來。
在很長時(shí)間內(nèi)，許多人心目中“密碼生成”與 DES 一直是個(gè)同義詞。直到 1997 年 NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）開始公開征集更安全的加密算法以替代 DES，并在 2001 年推出了更加安全的 AES（Advanced Encryption Standard）高級加密標(biāo)準(zhǔn)。
優(yōu)點(diǎn)：
- Feistel 網(wǎng)絡(luò)的輪數(shù)可以任意增加；
- 解密與輪函數(shù) f 無關(guān)，輪函數(shù)f也不需要有逆函數(shù)；
- 輪函數(shù)可以設(shè)計(jì)得足夠復(fù)雜；
- 加密和解密可以使用完全相同的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
缺點(diǎn)：
- 分組比較短；
- 密鑰太短；
- 密碼生命周期短；
- 運(yùn)算速度較慢。
2、3DES 簡介
其實(shí)并不是直接由 DES 過渡到 AES，還有一個(gè) 3DES 統(tǒng)治時(shí)期。3DES 也稱 Triple DES，它使用 3 條 56 位的密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行三次加密。
3DES 算法通過對 DES 算法進(jìn)行改進(jìn)，增加 DES 的密鑰長度來避免類似的攻擊，針對每個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行三次 DES 加密；因此，3DES 加密算法并非什么新的加密算法，是 DES 的一個(gè)更安全的變形，它以 DES 為基本模塊，通過組合分組方法設(shè)計(jì)出分組加密算法。
相比 DES，3DES 因密鑰長度變長，安全性有所提高，但其處理速度不高。因此又出現(xiàn)了 AES 加密算法，AES 較于 3DES 速度更快、安全性也更高。
加密：
為了兼容普通的 DES，3DES 并沒有直接使用 加密->加密->加密 的方式，而是采用了 加密->解密->加密 的方式。
當(dāng)三重密鑰均相同時(shí)，前兩步相互抵消，相當(dāng)于僅實(shí)現(xiàn)了一次加密，因此可實(shí)現(xiàn)對普通 DES 加密算法的兼容。
解密：
3DES 解密過程，與加密過程相反，即逆序使用密鑰。是以密鑰 3、密鑰 2、密鑰 1的順序執(zhí)行 解密->加密->解密。
二、C# 代碼實(shí)現(xiàn)
1、DES
// 測試（密鑰需要是八位字符）
string jiamihou = DesEncrypt("TestString", "11111222", false); // 57fe567eaa866373f851a526f07d9e26
string jiamiqian = DesDecrypt(jiamihou32, "11111222");
/// <summary>
/// DES加密字符串
/// </summary>
/// <param name="deseninstr">待加密的字符串</param>
/// <param name="deskey">加密密鑰,要求為8位</param>
/// <param name="isupper">返回大寫密文，false：小寫</param>
/// <returns>加密成功返回加密后的字符串，失敗返回源串</returns>
public static string DesEncrypt(string deseninstr, string deskey, bool isupper = true)
{
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
try
{
DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
byte[] inputByteArray = Encoding.UTF8.GetBytes(deseninstr);
des.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(deskey);
des.IV = Encoding.UTF8.GetBytes(deskey); // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
des.Mode=CipherMode.ECB; // 為空默認(rèn) CBC
MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();
CryptoStream cryptoStream = new CryptoStream(memoryStream, des.CreateEncryptor(), CryptoStreamMode.Write);
cryptoStream.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
cryptoStream.FlushFinalBlock();
foreach (byte bb in memoryStream.ToArray())
{
stringBuilder.AppendFormat(isupper ? "{0:X2}" : "{0:x2}", bb);
}
return stringBuilder.ToString();
}
catch (Exception ex)
{
return deseninstr;
}
}
/// <summary>
/// DES解密字符串
/// </summary>
/// <param name="desdeinstr">待解密的字符串</param>
/// <param name="deskey">解密密鑰,要求為8位</param>
/// <returns>解密成功返回解密后的字符串，失敗返源串</returns>
public static string DesDecrypt(string desdeinstr, string deskey)
{
MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();
try
{
DESCryptoServiceProvider des = new DESCryptoServiceProvider();
byte[] inputByteArray = new byte[desdeinstr.Length / 2];
for (int ii = 0; ii < desdeinstr.Length / 2; ii++)
{
int intt = (Convert.ToInt32(desdeinstr.Substring(ii * 2, 2), 16));
inputByteArray[ii] = (byte)intt;
}
des.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(deskey);
des.IV = Encoding.UTF8.GetBytes(deskey); // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
des.Mode = CipherMode.ECB; // 為空默認(rèn) CBC
CryptoStream cs = new CryptoStream(memoryStream, des.CreateDecryptor(), CryptoStreamMode.Write);
cs.Write(inputByteArray, 0, inputByteArray.Length);
cs.FlushFinalBlock();
return Encoding.UTF8.GetString(memoryStream.ToArray());
}
catch
{
return desdeinstr;
}
}
2、3DES
密文采用 Base64 格式輸出。
疑問解答：三次加解密操作會運(yùn)用三個(gè)不同的 Key，但是我們只傳入了一個(gè)密鑰，怎么回事？
3DES 密鑰必須為 24 位，為 DES 的 3 倍，經(jīng)測試得出結(jié)論：
TripleDESCryptoServiceProvider 內(nèi)部將密鑰分成 3 份，進(jìn)行了加密解密三重操作。
我們把 24 位字符串分成三部分，如果三部分均相等，或前兩部分相等，就會報(bào)錯(cuò)："Specified key is a known weak key for 'TripleDES' and cannot be used."--指定的密鑰是'TripleDES'的已知弱密鑰，不能使用。
// 測試
string jiamihou16 = SecurityDES.Des3Encrypt("TestString", "111112222233333444445555", "12345678"); // yJGf3qgWyoAQeaPY2S5Etg==
string jiamihou32 = SecurityDES.Des3Decrypt(jiamihou16, "111112222233333444445555", "12345678");
/// <summary>
/// 3DES 加密
/// </summary>
/// <param name="des3eninstr"></param>
/// <param name="des3key">24 位</param>
/// <param name="des3iv">8 位</param>
/// <returns></returns>
public static string Des3Encrypt(string des3eninstr, string des3key, string des3iv)
{
string encryptPassword = string.Empty;
SymmetricAlgorithm algorithm = new TripleDESCryptoServiceProvider();
algorithm.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(des3key);// Convert.FromBase64String(des3key);
algorithm.IV = Encoding.UTF8.GetBytes(des3iv);
algorithm.Mode = CipherMode.ECB;
algorithm.Padding = PaddingMode.PKCS7;
ICryptoTransform transform = algorithm.CreateEncryptor();
byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes(des3eninstr);
MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();
CryptoStream cryptoStream = new CryptoStream(memoryStream, transform, CryptoStreamMode.Write);
cryptoStream.Write(data, 0, data.Length);
cryptoStream.FlushFinalBlock();
encryptPassword = Convert.ToBase64String(memoryStream.ToArray());
memoryStream.Close();
cryptoStream.Close();
return encryptPassword;
}
/// <summary>
/// 3DES 解密
/// </summary>
/// <param name="des3deinstr">密文 Base64</param>
/// <param name="des3key">24 位</param>
/// <param name="des3iv">8 位</param>
/// <returns></returns>
public static string Des3Decrypt(string des3deinstr, string des3key, string des3iv)
{
string decryptPassword = string.Empty;
SymmetricAlgorithm algorithm = new TripleDESCryptoServiceProvider();
algorithm.Key = Encoding.UTF8.GetBytes(des3key);
algorithm.IV = Encoding.UTF8.GetBytes(des3iv);
algorithm.Mode = CipherMode.ECB;
algorithm.Padding = PaddingMode.PKCS7;
ICryptoTransform transform = algorithm.CreateDecryptor(algorithm.Key, algorithm.IV);
byte[] buffer = Convert.FromBase64String(des3deinstr);
MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(buffer);
CryptoStream cryptoStream = new CryptoStream(memoryStream, transform, CryptoStreamMode.Read);
StreamReader reader = new StreamReader(cryptoStream, System.Text.Encoding.ASCII);
decryptPassword = reader.ReadToEnd();
reader.Close();
cryptoStream.Close();
memoryStream.Close();
return decryptPassword;
}
三、js 語言實(shí)現(xiàn)
以下是通過 crypto-js.js 實(shí)現(xiàn)。
1、DES
注意：mode 為空默認(rèn) CBC，此時(shí)偏移量 iv 不可為空。
注意：密鑰可用位數(shù)為 8，如果超過 8 位以后的對加密結(jié)果無影響，且不會報(bào)錯(cuò)。
// 先引入 js 文件
<script src="http://cdn.bootcdn.net/ajax/libs/crypto-js/4.0.0/crypto-js.js"></script>
// npm（Node.js package manager）方式
> npm install crypto-js
// 調(diào)用方法 message() 查看測試結(jié)果
function message(){
var outdata_value = encryptByDES("TestString", "11111222");
alert(outdata_value) // 57fe567eaa866373f851a526f07d9e26
console.log("outdata_value-aes_encrypt:", outdata_value);
outdata_value = decryptByDES(outdata_value, "11111222");
alert(outdata_value)
console.log("outdata_value-aes_decrypt:", outdata_value);
}
//DES 加密
function encryptByDES(deseninstr, keystr, ivstr = keystr) {
var keybyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(keystr);
var ivbyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(ivstr);
let afterEncrypt = CryptoJS.DES.encrypt(deseninstr, keybyte, {
iv: ivbyte, // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
mode: CryptoJS.mode.ECB, // 為空默認(rèn) CBC
padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
}).ciphertext.toString()
console.log(afterEncrypt)
return afterEncrypt
}
//DES 解密
function decryptByDES(desdeinstr, keystr, ivstr = keystr) {
var keybyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(keystr);
var ivbyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(ivstr);
var decrypted = CryptoJS.DES.decrypt(
{ ciphertext: CryptoJS.enc.Hex.parse(desdeinstr) },
keybyte,
{
iv: ivbyte, // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
mode: CryptoJS.mode.ECB, // 為空默認(rèn) CBC
padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
}
);
console.log(decrypted);
var result_value = decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);
return result_value;
}
2、3DES
// 調(diào)用方法 message() 查看測試結(jié)果
function message() {
var outdata_value = encryptByDES("TestString", "111112222233333444445555");
alert(outdata_value) // yJGf3qgWyoAQeaPY2S5Etg==
console.log("outdata_value-3des_encrypt:", outdata_value);
outdata_value = decryptByDES(outdata_value, "111112222233333444445555");
alert(outdata_value)
console.log("outdata_value-3des_decrypt:", outdata_value);
}
// 加密 密鑰需為 24 位，偏移量需為 8 位
function encryptByDES(deseninstr, keystr) {
var keybyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(keystr);
//var ivbyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(ivstr);
var encrypted = CryptoJS.TripleDES.encrypt(deseninstr, keybyte, {
// iv: ivbyte, // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
mode: CryptoJS.mode.ECB,
padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
});
return encrypted.toString();
}
// 解密 密鑰需為 24 位，偏移量需為 8 位
function decryptByDES(desdeinstr, keystr) {
var keybyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(keystr);
//var ivbyte = CryptoJS.enc.Utf8.parse(ivstr);
var decrypted = CryptoJS.TripleDES.decrypt(desdeinstr, keybyte, {
// iv: ivbyte, // 當(dāng) mode 為 CBC 時(shí)，偏移量必傳
mode: CryptoJS.mode.ECB,
padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
});
return decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);
}到此這篇關(guān)于詳解DES&3DES算法的原理以及C#和JS的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)DES算法內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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