详解DES&3DES算法的原理以及C#和JS的实现

 更新时间:2023年03月17日 15:23:50   作者:橙子家  
DES 全称为 Data Encryption Standard,即数据加密标准,是一种使用密钥加密的块算法。3DES 算法通过对 DES 算法进行改进,增加 DES 的密钥长度来避免类似的攻击。本文就来聊聊它们的原理与实现吧

一、简介

1、DES 简介

DES 全称为 Data Encryption Standard,即数据加密标准,是一种使用密钥加密的块算法,1977 年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准(FIPS),并授权在非密级政府通信中使用,随后该算法在国际上广泛流传开来。

在很长时间内,许多人心目中“密码生成”与 DES 一直是个同义词。直到 1997 年 NIST(美国国家标准与技术研究院)开始公开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)高级加密标准。

优点:

  • Feistel 网络的轮数可以任意增加;
  • 解密与轮函数 f 无关,轮函数f也不需要有逆函数;
  • 轮函数可以设计得足够复杂;
  • 加密和解密可以使用完全相同的结构来实现。

缺点:

  • 分组比较短;
  • 密钥太短;
  • 密码生命周期短;
  • 运算速度较慢。

2、3DES 简介

其实并不是直接由 DES 过渡到 AES,还有一个 3DES 统治时期。3DES 也称 Triple DES,它使用 3 条 56 位的密钥对数据进行三次加密。

3DES 算法通过对 DES 算法进行改进,增加 DES 的密钥长度来避免类似的攻击,针对每个数据块进行三次 DES 加密;因此,3DES 加密算法并非什么新的加密算法,是 DES 的一个更安全的变形,它以 DES 为基本模块,通过组合分组方法设计出分组加密算法。

相比 DES,3DES 因密钥长度变长,安全性有所提高,但其处理速度不高。因此又出现了 AES 加密算法,AES 较于 3DES 速度更快、安全性也更高。

加密:

为了兼容普通的 DES,3DES 并没有直接使用 加密->加密->加密 的方式,而是采用了 加密->解密->加密 的方式。

当三重密钥均相同时,前两步相互抵消,相当于仅实现了一次加密,因此可实现对普通 DES 加密算法的兼容。

解密:

3DES 解密过程,与加密过程相反,即逆序使用密钥。是以密钥 3、密钥 2、密钥 1的顺序执行 解密->加密->解密。

二、C# 代码实现

1、DES

// 测试(密钥需要是八位字符)
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">加密密钥,要求为8位</param>
/// <param name="isupper">返回大写密文,false:小写</param>
/// <returns>加密成功返回加密后的字符串,失败返回源串</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); // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
        des.Mode=CipherMode.ECB; // 为空默认 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">解密密钥,要求为8位</param>
/// <returns>解密成功返回解密后的字符串,失败返源串</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); // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
        des.Mode = CipherMode.ECB; // 为空默认 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 格式输出。

疑问解答:三次加解密操作会运用三个不同的 Key,但是我们只传入了一个密钥,怎么回事?

3DES 密钥必须为 24 位,为 DES 的 3 倍,经测试得出结论:

TripleDESCryptoServiceProvider 内部将密钥分成 3 份,进行了加密解密三重操作。

我们把 24 位字符串分成三部分,如果三部分均相等,或前两部分相等,就会报错:"Specified key is a known weak key for 'TripleDES' and cannot be used."--指定的密钥是'TripleDES'的已知弱密钥,不能使用。

// 测试
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 语言实现 

以下是通过 crypto-js.js 实现。

1、DES

注意:mode 为空默认 CBC,此时偏移量 iv 不可为空。

注意:密钥可用位数为 8,如果超过 8 位以后的对加密结果无影响,且不会报错。

// 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
 
// 调用方法 message() 查看测试结果
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, // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
        mode: CryptoJS.mode.ECB, // 为空默认 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, // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
            mode: CryptoJS.mode.ECB, // 为空默认 CBC
            padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
        }
    );
    console.log(decrypted);
    var result_value = decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);
    return result_value;
}

2、3DES

// 调用方法 message() 查看测试结果
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 密钥需为 24 位,偏移量需为 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, // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
        mode: CryptoJS.mode.ECB,
        padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
        });
    return encrypted.toString();
}
// 解密 密钥需为 24 位,偏移量需为 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, // 当 mode 为 CBC 时,偏移量必传
        mode: CryptoJS.mode.ECB,
        padding: CryptoJS.pad.Pkcs7
        });
    return decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);
}

到此这篇关于详解DES&3DES算法的原理以及C#和JS的实现的文章就介绍到这了,更多相关DES算法内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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