Go語言開發（十五）、Go語言常用標準庫五

Go語言加密解密 · 發表 2019-01-20 00:47:44

摘要： Go語言開發（十五）、Go語言常用標準庫五一、md5 1、md5簡介 md5在crypto/md5包中，md5包提供了New和Sum方法。 func New() hash.Hash func Sum(data []byte) [Size]byte hash.Hash繼承了...

Go語言開發（十五）、Go語言常用標準庫五

一、md5

1、md5簡介

md5在crypto/md5包中，md5包提供了New和Sum方法。

func New() hash.Hash
func Sum(data []byte) [Size]byte

hash.Hash繼承了io.Writer，因此可以將其當成一個輸入流進行內容的更新。

type Writer interface {
Write(p []byte) (n int, err error)
}

Write方法將p中的內容讀入後存入到hash.Hash，最後在Sum方法通過內部函式checkSum計算出其校驗和。

Sum函式是對hash.Hash物件內部儲存的內容進行校驗和計算然後將其追加到data的後面形成一個新的byte切片。通常將data置為nil。

Sum方法返回一個Size大小的byte陣列，對於MD5返回一個128bit的16位元組byte陣列。

2、md5使用示例

package main

import (
"crypto/md5"
"fmt"
"io"
"os"
)

func MD5FromWriter() {
h := md5.New()
io.WriteString(h, "The fog is getting thicker!")
io.WriteString(h, "And Leon's getting laaarger!")
fmt.Printf("%x\n", h.Sum(nil))
// Output: e2c569be17396eca2a2e3c11578123ed
}

func MD5FromSum() {
data := []byte("These pretzels are making me thirsty.")
fmt.Printf("%x\n", md5.Sum(data))
// Output: b0804ec967f48520697662a204f5fe72
}

func MD5FromFile() {
f, err := os.Open("file.txt")
if err != nil {
fmt.Println("Open file failded")
}
defer f.Close()

h := md5.New()
if _, err := io.Copy(h, f); err != nil {
fmt.Println("Copy failed")
}
fmt.Printf("%x\n", h.Sum(nil))
}

func main() {
MD5FromWriter()
MD5FromSum()
MD5FromFile()
}

二、sha256

1、sha256簡介

SHA-256演算法輸入報文的最大長度不超過2^64 bit，輸入按512-bit分組進行處理，輸出一個256-bit的報文摘要。

sha256支援根據輸入生成SHA256和SHA224的報文摘要，主要方法如下：

func New() hash.Hash
func New224() hash.Hash
func Sum256(data []byte) [Size]byte
func Sum224(data []byte) (sum224 [Size224]byte)

2、sha256使用示例

package main

import (
"crypto/sha256"
"fmt"
"io"
"os"
)

func SHA256FromSum256() {
sum := sha256.Sum256([]byte("hello world\n"))
fmt.Printf("%x\n", sum)
// Output: a948904f2f0f479b8f8197694b30184b0d2ed1c1cd2a1ec0fb85d299a192a447
}

func SHA256FromWriter() {
h := sha256.New()
h.Write([]byte("hello world\n"))
fmt.Printf("%x\n", h.Sum(nil))
// Output: a948904f2f0f479b8f8197694b30184b0d2ed1c1cd2a1ec0fb85d299a192a447
}

func SHA256FromFile() {
f, err := os.Open("file.txt")
if err != nil {
fmt.Println("Open file failed.")
}
defer f.Close()

h := sha256.New()
if _, err := io.Copy(h, f); err != nil {
fmt.Println("Copy file failed.")
}

fmt.Printf("%x\n", h.Sum(nil))
}
func main() {
SHA256FromSum256()
SHA256FromWriter()
SHA256FromFile()
}

三、tls

1、tls簡介

TLS（Transport Layer Security，傳輸層安全協議）及其前身SSL（Secure Sockets Layer，安全套接層）是一種安全協議，目的是為網際網路通訊提供安全及資料完整性保障。

Go語言tls包實現了tls 1.2的功能，可以滿足日常的應用。x509包提供證書管理的相關操作。

SSL包含記錄層（Record Layer）和傳輸層，記錄層協議確定了傳輸層資料的封裝格式。傳輸層安全協議使用X.509認證，利用非對稱加密演算來對通訊方做身份認證，然後交換對稱金鑰作為會談金鑰（Session key）。會談金鑰用來將通訊兩方交換的資料做加密，保證兩個應用間通訊的保密性和可靠性，使客戶與伺服器應用之間的通訊不被***者竊聽。

生成服務端金鑰：

openssl genrsa -out key.pem 2048

生成服務端證書：

openssl req -new -x509 -key key.pem -out cert.pem -days 3650

生成客戶端金鑰：

openssl genrsa -out client.key 2048

生成客戶端金鑰：

openssl req -new -x509 -key client.key -out client.pem -days 3650

每個節點(不管是客戶端還是服務端)都有一個證書檔案和key檔案，用來互相加密解密；證書裡包含public key，key檔案裡包含private key，證書與key檔案構成一對金鑰對，是互為加解密的。

根證書是所有節點公用的，不管是客戶端還是服務端，都要先註冊根證書(通常根證書註冊是註冊到作業系統信任的根證書資料庫裡)，以示根證書是可信的，然後當需要驗證對方的證書時，因為待驗證的證書是通過根證書籤名的，由於信任根證書，所以也可以信任對方的證書。

如果需要實現雙向認證，那麼每一端都需要三個檔案：

{node}.cer: PEM certificate

己方證書檔案，將會被髮給對方，讓對方認證。

{node}.key: PEM RSA private key

己方private key檔案，用來解密經己方證書(包含己方public key)加密的內容，加密過程一般是由對方實施的。

ca.cer: PEM certificate

根證書檔案，用來驗證對方發過來的證書檔案，所有由同一個根證書籤名的證書都應該能驗證通過。

2、tls常用方法

func Server(conn net.Conn, config *Config) *Conn
伺服器返回一個新的TLS伺服器端連線，使用conn作為底層傳輸。配置配置必須非零，並且必須包含至少一個證書或者設定GetCertificate。

func Client(conn net.Conn, config *Config) *Conn
func NewListener(inner net.Listener, config *Config) net.Listener

NewListener建立一個 Listener，它接受來自內部 Listener 的連線並將每個連線包裝在 Server 中。配置必須非零，並且必須包含至少一個證書或者設定 GetCertificate。

func Listen(network, laddr string, config *Config) (net.Listener, error)

Listen 會使用 net.Listen 建立一個 TLS 偵聽器來接受給定網路地址上的連線。配置配置必須非零，並且必須包含至少一個證書或者設定 GetCertificate。

func DialWithDialer(dialer *net.Dialer, network, addr string, config *Config) (*Conn, error)

DialWithDialer 使用 dialer.Dial 連線到給定的網路地址，然後啟動TLS handshake，返回生成的 TLS 連線。撥號程式中給出的任何超時或截止日期都適用於連線和 TLS handshake。

DialWithDialer 將零配置解釋為等同於零配置；請參閱 Config 的文件以瞭解預設值。

func Dial(network, addr string, config *Config) (*Conn, error)

撥號使用 net.Dial 連線到給定的網路地址，然後啟動 TLS handshake，返回生成的 TLS 連線。撥號將零配置解釋為等同於零配置；請參閱 Config 的文件以瞭解預設值。

func LoadX509KeyPair(certFile, keyFile string) (Certificate, error)

LoadX509KeyPair讀取並解析來自一對檔案的證書（公鑰）/私鑰對。證書和私鑰檔案必須包含PEM編碼資料。證書檔案可能包含leaf證書後的中間證書以形成證書鏈。成功返回時，Certificate.Leaf 將為零，因為不會保留解析的證書形式。

func X509KeyPair(certPEMBlock, keyPEMBlock []byte) (Certificate, error)

X509KeyPair從一對PEM編碼資料中解析公鑰/私鑰對。成功返回時，Certificate.Leaf將為零，因為不會保留解析的證書形式。

3、服務端單向認證示例

生成服務端金鑰：

openssl genrsa -out key.pem 2048

生成服務端證書：

openssl req -new -x509 -key key.pem -out cert.pem -days 3650

私鑰和證書存放在config/server目錄下。

服務端程式碼server.go：

package main

import (
"bufio"
"crypto/tls"
"fmt"
"net"
)

func main() {
cert, err := tls.LoadX509KeyPair("../config/server/cert.pem", "../config/server/key.pem")
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
config := &tls.Config{Certificates: []tls.Certificate{cert}}
ln, err := tls.Listen("tcp", ":1443", config)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
defer ln.Close()
for {
conn, err := ln.Accept()
if err != nil {
fmt.Println(err)
continue
}
go handleConn(conn)
}
}
func handleConn(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
r := bufio.NewReader(conn)
for {
msg, err := r.ReadString('\n')
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
println(msg)
n, err := conn.Write([]byte(msg))
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
}
}

客戶端程式碼client.go：

package main

import (
"crypto/tls"
"fmt"
)

func main() {
conf := &tls.Config{
InsecureSkipVerify: true,
}
conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:1443", conf)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
defer conn.Close()
n, err := conn.Write([]byte("hello world\n"))
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
buf := make([]byte, 100)
n, err = conn.Read(buf)
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
println(string(buf[:n]))
}

InsecureSkipVerify如果設定為true，則不會校驗證書以及證書中的主機名和伺服器主機名是否一致。

4、服務端客戶端雙向認證示例

生成服務端金鑰：

openssl genrsa -out key.pem 2048

生成服務端證書：

openssl req -new -x509 -key key.pem -out cert.pem -days 3650

私鑰和證書存放在config/server目錄下。

生成客戶端金鑰：

openssl genrsa -out client.key 2048

生成客戶端金鑰：

openssl req -new -x509 -key client.key -out client.pem -days 3650

私鑰和證書存放在config/client目錄下。

服務端客戶端雙向認證時，服務端需要驗證客戶端的真實性，需要服務端和客戶端進行一點額外的配置。

服務端server.go程式碼：

package main

import (
"bufio"
"crypto/tls"
"crypto/x509"
"fmt"
"io/ioutil"
"net"
)

func main() {
cert, err := tls.LoadX509KeyPair("../config/server/cert.pem", "../config/server/key.pem")
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
certBytes, err := ioutil.ReadFile("../config/client/client.pem")
if err != nil {
panic("Unable to read cert.pem")
}
clientCertPool := x509.NewCertPool()
ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes)
if !ok {
panic("failed to parse root certificate")
}
config := &tls.Config{
Certificates: []tls.Certificate{cert},
ClientAuth:tls.RequireAndVerifyClientCert,
ClientCAs:clientCertPool,
}
ln, err := tls.Listen("tcp", ":1443", config)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
defer ln.Close()
for {
conn, err := ln.Accept()
if err != nil {
fmt.Println(err)
continue
}
go handleConn(conn)
}
}
func handleConn(conn net.Conn) {
defer conn.Close()
r := bufio.NewReader(conn)
for {
msg, err := r.ReadString('\n')
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
println(msg)
n, err := conn.Write([]byte(msg))
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
}
}

客戶端client.go程式碼：

package main

import (
"crypto/tls"
"crypto/x509"
"fmt"
"io/ioutil"
)

func main() {
cert, err := tls.LoadX509KeyPair("../config/client/client.pem", "../config/client/client.key")
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
certBytes, err := ioutil.ReadFile("../config/client/client.pem")
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
clientCertPool := x509.NewCertPool()
ok := clientCertPool.AppendCertsFromPEM(certBytes)
if !ok {
fmt.Println("failed to parse root certificate")
}
conf := &tls.Config{
RootCAs:clientCertPool,
Certificates:[]tls.Certificate{cert},
InsecureSkipVerify: true,
}

conn, err := tls.Dial("tcp", "127.0.0.1:1443", conf)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
defer conn.Close()
n, err := conn.Write([]byte("hello world\n"))
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
buf := make([]byte, 100)
n, err = conn.Read(buf)
if err != nil {
fmt.Println(n, err)
return
}
println(string(buf[:n]))
}

四、x509

1、x509簡介

x509包提供了證書管理的相關操作。

PKCS（Public-Key Cryptography Standards），即公鑰密碼學標準，是由 RSA 實驗室與其它安全系統開發商為促進公鑰密碼的發展而制訂的一系列標準。

X.509是常見通用的證書格式，所有的證書都符合為公鑰基礎設施PKI（Public Key Infrastructure ) 制定的ITU-T X509國際標準。

PEM格式通常用於數字證書認證機構（Certificate Authorities，CA），副檔名為.pem，.crt，.cer，.key，內容為Base64編碼的ASCII碼檔案。

DER格式與PEM不同之處在於其使用二進位制而不是Base64編碼的ASCII。副檔名為.der，但也經常使用.cer用作副檔名，所有型別的認證證書和私鑰都可以儲存為DER格式。

PEM編碼轉換為DER編碼：

openssl x509 -outform der -in certificate.pem -out certificate.der

DER編碼轉換為PEM編碼：

openssl x509 -inform der -in certificate.cer -out certificate.pem

2、x509常用方法

func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface{}, err error)

ParsePKIXPublicKey解析DER編碼的公鑰derBytes，成功返回 *rsa.PublicKey，*dsa.PublicKey，*ecdsa.PublicKey 型別的公鑰。

func MarshalPKIXPublicKey(pub interface{}) ([]byte, error)

MarshalPKIXPublicKey將公鑰pub序列化為DER編碼的PKIX格式

func ParsePKCS1PrivateKey(der []byte) (*rsa.PrivateKey, error)

ParsePKCS1PrivateKey對ASN.1 PKCS#1 DER編碼的der進行解析，返回 *rsa.PrivateKey 私鑰

func MarshalPKCS1PrivateKey(key *rsa.PrivateKey) []byte

MarshalPKCS1PrivateKey對key私鑰序列化為ASN.1 DER編碼格式

func ParsePKCS1PublicKey(der []byte) (*rsa.PublicKey, error)

ParsePKCS1PublicKey對ASN.1 PKCS#1 DER編碼的der進行解析，返回 *rsa.PublicKey 公鑰

func MarshalPKCS1PublicKey(key *rsa.PublicKey) []byte

MarshalPKCS1PublicKey對key公鑰序列化為ASN.1 DER編碼格式

func ParsePKCS8PrivateKey(der []byte) (key interface{}, err error)

ParsePKCS8PrivateKey對PKCS#8格式DER編碼的私鑰進行解析

func MarshalPKCS8PrivateKey(key interface{}) ([]byte, error)

MarshalPKCS8PrivateKey將key私鑰序列化為PKCS#8編碼格式，key支援 *rsa.PrivateKey，*ecdsa.PublicKey 。

五、pem

1、pem簡介

pem實現了PEM資料編碼，PEM編碼源於 Privacy Enhanced Mail。目前最常見的PEM編碼用在TLS金鑰和證書中。

2、pem常用方法

type Block struct {
Typestring// The type, taken from the preamble (i.e. "RSA PRIVATE KEY").
Headers map[string]string // Optional headers.
Bytes[]byte// The decoded bytes of the contents. Typically a DER encoded ASN.1 structure.
}

Block型別表示PEM編碼結構，編碼格式如下：

-----BEGIN Type-----
Headers
base64-encoded Bytes
-----END Type-----

func Decode(data []byte) (p *Block, rest []byte)

Decode將在data輸入中找到下一個PEM格式化的Block（證書，私鑰等）。返回Block和輸入的其餘部分。如果沒有找到PEM資料，則p為nil，並且整個輸入在rest返回。

func Encode(out io.Writer, b *Block) error

Encode將b進行編碼，並寫入out

func EncodeToMemory(b *Block) []byte

將b進行編碼並返回編碼結果

3、pem示例

package main

import (
"crypto/rand"
"crypto/rsa"
"crypto/x509"
"encoding/pem"
"errors"
"fmt"
"io/ioutil"
"os"
)

//生成RSA私鑰和公鑰，儲存到檔案中
func GenerateRSAKeyPair(bits int, private string, public string) {
//GenerateKey函式使用隨機資料生成器random生成一對具有指定字位數的RSA金鑰
//Reader是一個全域性、共享的密碼用強隨機數生成器
privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, bits)
if err != nil {
panic(err)
}
//儲存私鑰
//通過x509標準將得到的RSA私鑰序列化為ASN.1 的 DER編碼字串
X509PrivateKey := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
//使用pem格式對x509輸出的內容進行編碼
//建立檔案儲存私鑰
privateFile, err := os.Create(private)
if err != nil {
panic(err)
}
defer privateFile.Close()
//構建一個pem.Block結構體物件
privateBlock := pem.Block{Type: "RSA Private Key", Bytes: X509PrivateKey}
//將資料儲存到檔案
pem.Encode(privateFile, &privateBlock)

//儲存公鑰
//獲取公鑰的資料
publicKey := privateKey.PublicKey
//X509對公鑰編碼
X509PublicKey, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
if err != nil {
panic(err)
}
//pem格式編碼
//建立用於儲存公鑰的檔案
publicFile, err := os.Create(public)
if err != nil {
panic(err)
}
defer publicFile.Close()
//建立一個pem.Block結構體物件
publicBlock := pem.Block{Type: "RSA Public Key", Bytes: X509PublicKey}
//儲存到檔案
pem.Encode(publicFile, &publicBlock)
}

func getPrivateKeyLength(private string) (int, error) {
privateKey, err := ioutil.ReadFile(private)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
block, _ := pem.Decode(privateKey)
if block == nil {
return 0, errors.New("Private RSA Key error")
}
priv, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
return priv.N.BitLen(), nil
}

func getPublicKeyLength(public string) (int, error) {
publicKey, err := ioutil.ReadFile(public)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
block, _ := pem.Decode(publicKey)
if block == nil {
return 0, errors.New("Public RSA Key error")
}
pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil {
return 0, err
}
pub := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
return pub.N.BitLen(), nil
}

func main() {
GenerateRSAKeyPair(2048, "private.pem", "public.pem")
n, _ := getPrivateKeyLength("private.pem")
fmt.Println(n)
n, _ = getPublicKeyLength("public.pem")
fmt.Println(n)
}

六、rsa

1、rsa簡介

1977年，Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman三人在美國公佈了一種公鑰加密演算法，即RSA公鑰加密演算法。RSA是目前最有影響力和最常用的公鑰加密演算法，可用於資料加密和數字簽名。

OpenSSL生成私鑰：

openssl genrsa -out private.pem 1024

OpenSSL生成公鑰：

openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem

RSA私鑰中包含公鑰，私鑰的資料結構如下：

type PrivateKey struct {
PublicKey// public part.
D*big.Int// private exponent
Primes[]*big.Int // prime factors of N, has >= 2 elements.

// Precomputed contains precomputed values that speed up private
// operations, if available.
Precomputed PrecomputedValues
}

2、rsa常用方法

func EncryptOAEP(hash hash.Hash, random io.Reader, pub *PublicKey, msg []byte, label []byte) ([]byte, error)

使用RSA-OAEP演算法對資訊進行加密

func DecryptOAEP(hash hash.Hash, random io.Reader, priv *PrivateKey, ciphertext []byte, label []byte) ([]byte, error)

使用RSA-OAEP演算法對資訊進行解密

func GenerateKey(random io.Reader, bits int) (*PrivateKey, error)

生成私鑰

func (priv *PrivateKey) Public() crypto.PublicKey

根據私鑰獲取公鑰

func (priv *PrivateKey) Sign(rand io.Reader, digest []byte, opts crypto.SignerOpts) ([]byte, error)

生成私鑰的簽名

func (priv *PrivateKey) Decrypt(rand io.Reader, ciphertext []byte, opts crypto.DecrypterOpts) (plaintext []byte, err error)

利用私鑰對加密資訊進行解密

3、rsa加解密示例

RSA用於資料加密時，訊息傳送方利用對方的公鑰進行加密，訊息接受方收到密文時使用自己的私鑰進行解密。

package main

import (
"crypto/rand"
"crypto/rsa"
"crypto/x509"
"encoding/pem"
"fmt"
"os"
)

//生成RSA私鑰和公鑰，儲存到檔案中
func GenerateRSAKeyPair(bits int, private string, public string) {
//GenerateKey函式使用隨機資料生成器random生成一對具有指定字位數的RSA金鑰
//Reader是一個全域性、共享的密碼用強隨機數生成器
privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, bits)
if err != nil {
panic(err)
}
//儲存私鑰
//通過x509標準將得到的ras私鑰序列化為ASN.1 的 DER編碼字串
X509PrivateKey := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
//使用pem格式對x509輸出的內容進行編碼
//建立檔案儲存私鑰
privateFile, err := os.Create(private)
if err != nil {
panic(err)
}
defer privateFile.Close()
//構建一個pem.Block結構體物件
privateBlock := pem.Block{Type: "RSA Private Key", Bytes: X509PrivateKey}
//將資料儲存到檔案
pem.Encode(privateFile, &privateBlock)

//儲存公鑰
//獲取公鑰的資料
publicKey := privateKey.PublicKey
//X509對公鑰編碼
X509PublicKey, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
if err != nil {
panic(err)
}
//pem格式編碼
//建立用於儲存公鑰的檔案
publicFile, err := os.Create(public)
if err != nil {
panic(err)
}
defer publicFile.Close()
//建立一個pem.Block結構體物件
publicBlock := pem.Block{Type: "RSA Public Key", Bytes: X509PublicKey}
//儲存到檔案
pem.Encode(publicFile, &publicBlock)
}

//RSA加密
func RSAEncrypt(plainText []byte, path string) []byte {
//開啟檔案
file, err := os.Open(path)
if err != nil {
panic(err)
}
defer file.Close()
//讀取檔案的內容
info, _ := file.Stat()
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解碼
block, _ := pem.Decode(buf)
//x509解碼

publicKeyInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil {
panic(err)
}
//型別斷言
publicKey := publicKeyInterface.(*rsa.PublicKey)
//對明文進行加密
cipherText, err := rsa.EncryptPKCS1v15(rand.Reader, publicKey, plainText)
if err != nil {
panic(err)
}
//返回密文
return cipherText
}

//RSA解密
func RSADecrypt(cipherText []byte, path string) []byte {
//開啟檔案
file, err := os.Open(path)
if err != nil {
panic(err)
}
defer file.Close()
//獲取檔案內容
info, _ := file.Stat()
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解碼
block, _ := pem.Decode(buf)
//X509解碼
privateKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
if err != nil {
panic(err)
}
//對密文進行解密
plainText, _ := rsa.DecryptPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, cipherText)
//返回明文
return plainText
}
func main() {
//生成金鑰對，儲存到檔案
GenerateRSAKeyPair(2048, "private.pem", "public.pem")
message := []byte("hello world")
//加密
cipherText := RSAEncrypt(message, "public.pem")
fmt.Println("Encrypt:", cipherText)
//解密
plainText := RSADecrypt(cipherText, "private.pem")
fmt.Println("DeEncrypt:", string(plainText))
}

4、rsa數字簽名示例

RSA在用於數字簽名時，傳送方通常先對訊息生成雜湊值，再利用私鑰對雜湊值進行簽名，接收方收到訊息及簽名時，也先對訊息生成雜湊值（與傳送方使用同種單向雜湊函式），利用傳送方發的公鑰、簽名以及自己生成的雜湊值進行簽名驗證。

package main

import (
"crypto"
"crypto/rand"
"crypto/rsa"
"crypto/sha256"
"crypto/x509"
"encoding/pem"
"fmt"
"os"
)

//生成RSA私鑰和公鑰，儲存到檔案中
func GenerateRSAKey(bits int, private string, public string) {
//GenerateKey函式使用隨機資料生成器random生成一對具有指定字位數的RSA金鑰
//Reader是一個全域性、共享的密碼用強隨機數生成器
privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, bits)
if err != nil {
panic(err)
}
//儲存私鑰
//通過x509標準將得到的ras私鑰序列化為ASN.1 的 DER編碼字串
X509PrivateKey := x509.MarshalPKCS1PrivateKey(privateKey)
//使用pem格式對x509輸出的內容進行編碼
//建立檔案儲存私鑰
privateFile, err := os.Create(private)
if err != nil {
panic(err)
}
defer privateFile.Close()
//構建一個pem.Block結構體物件
privateBlock := pem.Block{Type: "RSA Private Key", Bytes: X509PrivateKey}
//將資料儲存到檔案
pem.Encode(privateFile, &privateBlock)

//儲存公鑰
//獲取公鑰的資料
publicKey := privateKey.PublicKey
//X509對公鑰編碼
X509PublicKey, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
if err != nil {
panic(err)
}
//pem格式編碼
//建立用於儲存公鑰的檔案
publicFile, err := os.Create(public)
if err != nil {
panic(err)
}
defer publicFile.Close()
//建立一個pem.Block結構體物件
publicBlock := pem.Block{Type: "RSA Public Key", Bytes: X509PublicKey}
//儲存到檔案
pem.Encode(publicFile, &publicBlock)
}

//讀取RSA私鑰
func GetRSAPrivateKey(path string) *rsa.PrivateKey {
//讀取檔案內容
file, err := os.Open(path)
if err != nil {
panic(err)
}
defer file.Close()
info, _ := file.Stat()
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解碼
block, _ := pem.Decode(buf)
//X509解碼
privateKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
return privateKey
}

//讀取RSA公鑰
func GetRSAPublicKey(path string) *rsa.PublicKey {
//讀取公鑰內容
file, err := os.Open(path)
if err != nil {
panic(err)
}
defer file.Close()
info, _ := file.Stat()
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解碼
block, _ := pem.Decode(buf)
//x509解碼
publicKeyInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil {
panic(err)
}
publicKey := publicKeyInterface.(*rsa.PublicKey)
return publicKey
}

//對訊息的雜湊值進行數字簽名
func GetSign(msg []byte, path string) []byte {
//取得私鑰
privateKey := GetRSAPrivateKey(path)
//計算雜湊值
hash := sha256.New()
hash.Write(msg)
bytes := hash.Sum(nil)
//SignPKCS1v15使用RSA PKCS#1 v1.5規定的RSASSA-PKCS1-V1_5-SIGN簽名方案計算簽名
sign, err := rsa.SignPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, crypto.SHA256, bytes)
if err != nil {
panic(sign)
}
return sign
}

//驗證數字簽名
func VerifySign(msg []byte, sign []byte, path string) bool {
//取得公鑰
publicKey := GetRSAPublicKey(path)
//計算訊息雜湊值
hash := sha256.New()
hash.Write(msg)
bytes := hash.Sum(nil)
//驗證數字簽名
err := rsa.VerifyPKCS1v15(publicKey, crypto.SHA256, bytes, sign)
return err == nil
}

//測試RSA數字簽名
func main() {
//生成金鑰檔案
GenerateRSAKey(2048, "private.pem", "public.pem")

//模擬傳送方
//要傳送的訊息
msg := []byte("hello world")
//生成簽名
sign := GetSign(msg, "private.pem")

//模擬接收方
//接受到的訊息
acceptmsg := []byte("hello world")
//接受到的簽名
acceptsign := sign
//驗證簽名
ok := VerifySign(acceptmsg, acceptsign, "public.pem")
if ok {
fmt.Println("Signature is accepted")
} else {
fmt.Println("Signature is not accepted")
}
}

七、aes

1、aes簡介

AES（Advanced Encryption Standard），即高階加密標準，是DES的替代標準。AES加密演算法經歷了公開選拔，最終在2000年由比利時密碼學家Joan Daemen和Vincent Rijmen設計的Rijndael演算法被選中，成為AES標準。

AES演算法基於排列和置換運算。排列是對資料重新進行安排，置換是將一個數據單元替換為另一個。AES 使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算。 AES是一個迭代的、對稱金鑰分組的密碼，可以使用128、192和256位金鑰，並且用128位（16位元組）分組加密和解密資料。

AES是目前比較流行的對稱加密演算法，是一種分組密碼（block cipher）演算法，AES的分組長度為128位元（16位元組），而金鑰長度可以是128位元、192位元或256位元。

2、aes常用方法

func NewCipher(key []byte) (cipher.Block, error)

NewCiphe r建立並返回一個新的cipher.Block。引數是AES金鑰，可以是AES-128，AES-192或AES-256。

func cipher.NewCBCEncrypter(b Block, iv []byte) BlockMode

NewCBCEncrypter返回一個BlockMode，使用給定的Block以密碼塊連結模式加密。iv的長度必須與塊的塊大小相同。

func (x *cbcEncrypter) CryptBlocks(dst, src []byte)

對分組進行加密，dst為輸出引數，src為填充後的分組

func cipher.NewCBCDecrypter(b Block, iv []byte) BlockMode

NewCBCDecrypter返回一個BlockMode，使用給定的Block以密碼塊連結模式解密。iv的長度必須與Block的塊大小相同，並且必須與用於加密資料的iv相匹配。

func (x *cbcDecrypter) CryptBlocks(dst, src []byte)

堆分組進行解密，dst為輸出引數，src為密文，解密後dst需要刪除填充才能得到明文。

func cipher.NewCTR(block Block, iv []byte) Stream

NewCTR返回一個Stream，使用計數器模式下的給定Block加密/解密。iv的長度必須與塊的塊大小相同。

type Stream interface {
XORKeyStream(dst, src []byte)
}

func (x *ctr) XORKeyStream(dst, src []byte)
加解密，src為輸入引數，可以為要加密的明文或要解密的密文，dst為輸出引數。

3、CBC分組模式

CBC模式（密碼分組連結模式）是常用的一種分組密碼的模式。

CBC模式中的第一個分組需要用初始化向量IV（一個隨機的且長度為一個分組長度的位元序列）進行異或操作再進行加密，而後面的每一個分組都要先和前一個分組加密後的密文分組進行異或操作，然後再加密。加密是連續的，不能進行並行操作。

在CBC模式中，每個明文塊先與前一個密文塊進行異或後，再進行加密。因此，每個密文塊都依賴於它前面的所有明文塊。同時，為了保證每條訊息的唯一性，在第一個塊中需要使用初始化向量。

CBC是最為常用的工作模式，主要缺點在於加密過程是序列的，無法被並行化，而且訊息必須被填充到塊大小的整數倍。解決後一個問題的一種方法是利用密文竊取。

在加密時，明文中的微小改變會導致其後的全部密文塊發生改變，而在解密時，從兩個鄰接的密文塊中即可得到一個明文塊。因此，解密過程可以被並行化，而解密時，密文中一位的改變只會導致其對應的明文塊完全改變和下一個明文塊中對應位發生改變，不會影響到其它明文的內容。

package main

import (
"bytes"
"crypto/aes"
"crypto/cipher"
"fmt"
)

//對明文進行填充
func Padding(plainText []byte, blockSize int) []byte {
//計算要填充的長度
n := blockSize - len(plainText)%blockSize
//對原來的明文填充n個n
temp := bytes.Repeat([]byte{byte(n)}, n)
plainText = append(plainText, temp...)
return plainText
}

//對密文刪除填充
func UnPadding(cipherText []byte) []byte {
//取出密文最後一個位元組end
end := cipherText[len(cipherText)-1]
//刪除填充
cipherText = cipherText[:len(cipherText)-int(end)]
return cipherText
}

//AEC加密（CBC模式）
func AESCBCEncrypt(rawData []byte, key []byte, iv []byte) []byte {
//指定加密演算法，返回一個AES演算法的Block介面物件
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//進行填充
rawData = Padding(rawData, block.BlockSize())
//指定分組模式，返回一個BlockMode介面物件
blockMode := cipher.NewCBCEncrypter(block, iv)
//加密連續資料庫
cipherText := make([]byte, len(rawData))
blockMode.CryptBlocks(cipherText, rawData)
//返回密文
return cipherText
}

//AEC解密（CBC模式）
func AESCBCDecrypt(cipherText []byte, key []byte, iv []byte) []byte {
//指定解密演算法，返回一個AES演算法的Block介面物件
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//指定分組模式，返回一個BlockMode介面物件
blockMode := cipher.NewCBCDecrypter(block, iv)
//解密
plainText := make([]byte, len(cipherText))
blockMode.CryptBlocks(plainText, cipherText)
//刪除填充
plainText = UnPadding(plainText)
return plainText
}
func main() {
message := []byte("Hello go!")
//指定金鑰AES-128，16byte
key := []byte("1111111111111111")
//指定初始向量IV,長度和block的塊尺寸一致
iv := []byte("12345678abcdefgh")
//加密
cipherText := AESCBCEncrypt(message, key, iv)
fmt.Println("Encrypt: ", cipherText)
//解密
plainText := AESCBCDecrypt(cipherText, key, iv)
fmt.Println("Decrypt:", string(plainText))
}

4、CTR分組模式

CTR分組模式每次加密時都會生成一個不同的值來作為計數器的初始值，每個分組對應一個逐次累加的計數器，通過對計數器進行加密來生成金鑰流，再將金鑰流與明文分組進行異或操作得到密文分組。

package main

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

//AEC加密和解密（CRT模式）
func AECCTRCrypt(text []byte, key []byte, counter []byte) []byte {
//指定加密、解密演算法為AES，返回一個AES的Block介面物件
block, err := aes.NewCipher(key)
if err != nil {
panic(err)
}
//指定分組模式
blockMode := cipher.NewCTR(block, counter)
//執行加密、解密操作
message := make([]byte, len(text))
blockMode.XORKeyStream(message, text)
//返回明文或密文
return message
}

func main() {
message := []byte("Hello go")
//指定金鑰AES-128,16byte
key := []byte("1234567812345678")
//指定計數器,長度必須等於block的塊尺寸
counter := []byte("12345678abcdefgh")
//加密
cipherText := AECCTRCrypt(message, key, counter)
fmt.Println("Encrypt: ", cipherText)
//解密
plainText := AECCTRCrypt(cipherText, key, counter)
fmt.Println("Decrypt: ", string(plainText))
}

八、hmac

1、hmac簡介

hmac 包實現了美國聯邦資訊處理標準出版物198中定義的HMAC（Keyed-Hash Message Authentication Code)，即加密雜湊認證碼。HMAC 是使用金鑰簽署訊息的加密雜湊。接收器通過使用相同的金鑰重新計算它來驗證雜湊。

2、hmac常用方法

func New(h func() hash.Hash, key []byte) hash.Hash

New函式返回一個採用hash.Hash作為底層hash介面、key作為金鑰的HMAC演算法的hash介面。

func Equal(mac1, mac2 []byte) bool

比較兩個MAC是否相同，而不會洩露對比時間資訊。（以規避時間側通道***；指通過計算比較時花費的時間的長短來獲取密碼的資訊，用於密碼破解）

func (h *hmac) Sum(in []byte) []byte
func (h *hmac) Write(p []byte) (n int, err error)

hash.Hash繼承了io.Writer，因此可以將其當成一個輸入流進行內容的更新。

type Writer interface {
Write(p []byte) (n int, err error)
}

Write方法將p中的內容讀入後存入到hash.Hash，最後在Sum方法通過內部函式checkSum計算出其校驗和。

Sum函式是對hash.Hash物件內部儲存的內容進行校驗和計算然後將其追加到data的後面形成一個新的byte切片。通常將data置為nil。

Sum方法返回一個Size大小的byte陣列，對於MD5返回一個128bit的16位元組byte陣列。

3、hmac示例

package main

import (
"crypto/hmac"
"crypto/sha256"
"fmt"
"io"
)

func generateHMAC(rawData, key string) string {
h := hmac.New(sha256.New, []byte(key))
io.WriteString(h, rawData)
return fmt.Sprintf("%x", h.Sum(nil))
}

func generateSHA256(s string) string {
h := sha256.New()
h.Write([]byte(s))
return fmt.Sprintf("%x", h.Sum(nil))
}

func main() {
data := "Hello go"
key := "123456"
str := generateHMAC(data, key)
fmt.Println(str)

str = generateSHA256(data)
fmt.Println(str)
}

// output:
// 143543e2c55feb51051dccc99687c6ad215e0dca37127ecce67efc92b1d7f697
// 61c35d7993613995b32d1c5bd6d3bbdbbcf3305bb19a135b99a779a8c782d0f7

九、ecdsa

1、ecdsa簡介

ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）即橢圓曲線數字簽名演算法。

ECC（Elliptic Curve Cryptography），即橢圓曲線加密演算法，是基於橢圓曲線數學理論實現的一種非對稱加密演算法。與RSA演算法相比，ECC可以使用更短的金鑰，來實現與RSA相當或更高的安全。據研究，160位ECC加密安全性相當於1024位RSA加密，210位ECC加密安全性相當於2048位RSA加密。

Go語言的ecdsa包目前智慧用於數字簽名，使用私鑰加密，使用公鑰做校驗。

2、ecdsa常用方法

type PublicKey struct {
elliptic.Curve
X, Y *big.Int
}

type PrivateKey struct {
PublicKey
D *big.Int
}

ecdsa包的私鑰資料結構中包含公鑰。

func GenerateKey(c elliptic.Curve, rand io.Reader) (*PrivateKey, error)

生成ECDSA金鑰對，可用的橢圓曲線為elliptic.P224()、elliptic.P256()、elliptic.P384()、elliptic.P521()

func (priv *PrivateKey) Public() crypto.PublicKey

從私鑰獲取公鑰

func (priv *PrivateKey) Sign(rand io.Reader, digest []byte, opts crypto.SignerOpts) ([]byte, error)

從私鑰生成簽名

func Sign(rand io.Reader, priv *PrivateKey, hash []byte) (r, s *big.Int, err error)

使用私鑰生成簽名。簽名使用私鑰priv來簽名雜湊。如果雜湊長度大於私鑰的曲線順序的位長度，則雜湊將被截斷為該長度。將簽名作為一對整數返回。私鑰的安全性取決於rand的熵。

func Verify(pub *PublicKey, hash []byte, r, s *big.Int) bool

利用公鑰進行簽名認證

3、ecdsa示例

package main

import (
"crypto/ecdsa"
"crypto/elliptic"
"crypto/rand"
"crypto/sha1"
"crypto/x509"
"encoding/pem"
"fmt"
"math/big"
"os"
)

//生成金鑰對
func generateECCKeyPair(c elliptic.Curve, privateKeyFile string, publicKeyFile string) error {
//使用ECDSA生成金鑰對
privateKey, err := ecdsa.GenerateKey(c, rand.Reader)
if err != nil {
return err
}
//使用509
private, err := x509.MarshalECPrivateKey(privateKey)
if err != nil {
return err
}
//pem
block := pem.Block{
Type:"esdsa private key",
Bytes: private,
}
file, err := os.Create(privateKeyFile)
if err != nil {
return err
}
err = pem.Encode(file, █)
if err != nil {
return err
}
file.Close()

//處理公鑰
public := privateKey.PublicKey

//x509序列化
publicKey, err := x509.MarshalPKIXPublicKey(&public)
if err != nil {
return err
}
//pem
public_block := pem.Block{
Type:"ecdsa public key",
Bytes: publicKey,
}
file, err = os.Create(publicKeyFile)
if err != nil {
return err
}
//pem編碼
err = pem.Encode(file, &public_block)
if err != nil {
return err
}
return nil
}

//ECC簽名--私鑰
func ECCSignature(sourceData []byte, privateKeyFile string) ([]byte, []byte) {
//讀取私鑰
file, err := os.Open(privateKeyFile)
if err != nil {
panic(err)
}
info, err := file.Stat()
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解密
block, _ := pem.Decode(buf)
//x509解密
privateKey, err := x509.ParseECPrivateKey(block.Bytes)
if err != nil {
panic(err)
}
//雜湊運算
hashText := sha1.Sum(sourceData)
//數字簽名
r, s, err := ecdsa.Sign(rand.Reader, privateKey, hashText[:])
if err != nil {
panic(err)
}
rText, err := r.MarshalText()
if err != nil {
panic(err)
}
sText, err := s.MarshalText()
if err != nil {
panic(err)
}
defer file.Close()
return rText, sText
}

//ECC認證
func ECCVerify(rText, sText, sourceData []byte, publicKeyFilePath string) bool {
//讀取公鑰檔案
file, err := os.Open(publicKeyFilePath)
if err != nil {
panic(err)
}
info, err := file.Stat()
if err != nil {
panic(err)
}
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
//pem解碼
block, _ := pem.Decode(buf)

//x509
publicStream, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil {
panic(err)
}
//介面轉換成公鑰
publicKey := publicStream.(*ecdsa.PublicKey)
hashText := sha1.Sum(sourceData)
var r, s big.Int
r.UnmarshalText(rText)
s.UnmarshalText(sText)
//認證
res := ecdsa.Verify(publicKey, hashText[:], &r, &s)
defer file.Close()
return res
}

func main() {
generateECCKeyPair(elliptic.P256(), "./private.pem", "./public.pem")
rawData := []byte("Hello go")
r, s := ECCSignature(rawData, "./private.pem")
res := ECCVerify(r, s, rawData, "./public.pem")
if res {
fmt.Println("Signature is Accepted")
}

}

Go語言開發（十五）、Go語言常用標準庫五