openssl + 3DES开发实例(linux)

文章目录

  • 一、3DES介绍
      • [3DES 的特点:](#3DES 的特点:)
      • [3DES 加密的步骤:](#3DES 加密的步骤:)
      • [3DES 的应用场景:](#3DES 的应用场景:)
  • 二、3DES原理
      • [1. DES 原理回顾:](#1. DES 原理回顾:)
      • [2. 3DES 原理:](#2. 3DES 原理:)
      • [3. 3DES 的加密流程:](#3. 3DES 的加密流程:)
  • [三、openssl + 3DES开发实例](#三、openssl + 3DES开发实例)

一、3DES介绍

3DES(Triple DES)是对称密钥加密算法,也被称为DESede(DES加强版)。它是对DES(Data Encryption Standard)的一种改进和加强,旨在提高 DES 的安全性。

3DES 的特点:

  1. 密钥长度: 3DES 使用三个 56 位的密钥,总共 168 位。这是 DES 的三倍密钥长度。实际上,密钥长度可以分别设置,如使用两个相同的密钥也是一种形式的3DES。

  2. 运算模式: 3DES 可以采用不同的运算模式,如 ECB(Electronic Codebook)、CBC(Cipher Block Chaining)等,以满足不同的需求。

  3. 加密过程: 3DES 的加密过程可以简单描述为 E(K1, D(E(K2, E(K3, plaintext)))),其中 K1、K2、K3 是三个密钥,E 表示加密,D 表示解密。这样的嵌套结构提高了加密的安全性。

3DES 加密的步骤:

  1. 初始置换(Initial Permutation): 明文经过初始置换,位被重新排列。

  2. 分组和迭代: 明文被分成块,然后经过一系列的迭代。每个迭代都包括替代、置换和异或等运算。

  3. 密钥扩展: 初始密钥被扩展成三个子密钥。

  4. 加密/解密: 使用三个子密钥对明文进行加密,或者使用三个子密钥对密文进行解密。

  5. 最终置换(Final Permutation): 最后,通过最终置换将得到的密文重新排列,形成最终结果。

3DES 的应用场景:

  1. 数据传输安全: 3DES 可以用于保护敏感数据在网络上的传输,确保数据的机密性。

  2. 金融领域: 在金融领域,特别是在支付系统中,3DES 被广泛应用以确保交易的安全性。

  3. 加密通信: 3DES 可以用于保护通信渠道中的敏感信息,如虚拟私人网络(VPN)等。

尽管3DES提供了一定程度的安全性,但由于其计算量大、效率低,而且密钥长度相对较短,因此在现代应用中,更常见的是使用更先进的对称加密算法,例如 AES(Advanced Encryption Standard)。

二、3DES原理

Triple DES(3DES)是对称密钥加密算法,它基于 DES 加密算法的一种改进。下面是 3DES 的基本原理:

1. DES 原理回顾:

  • DES 使用一个 64 位的明文块和一个 56 位的密钥。首先,明文经过初始置换(Initial Permutation),然后被分成左半部分(L0)和右半部分(R0)。

  • DES 使用 Feistel 置换结构,在每一轮中,右半部分经过一系列的替代、置换和异或运算,然后与左半部分进行异或。这产生新的右半部分和新的左半部分。

  • 迭代过程重复16轮,最后通过最终置换(Final Permutation)将左右两部分重新排列,形成加密结果。

2. 3DES 原理:

  • 3DES 使用三个 56 位的密钥,通常称为 K1、K2、K3。它可以采用不同的模式,其中最常见的是 EDE 模式(Encrypt-Decrypt-Encrypt)。

  • 在 EDE 模式中,明文经过第一次加密(E1),然后解密(D2),最后再加密(E3)。这个过程可以简单表示为:Ciphertext = E3(D2(E1(Plaintext)))。

  • 3DES 的迭代过程类似于 DES,但是有更多的密钥和更复杂的操作。

  • 在 EDE 模式下,如果 K1、K2、K3 是相同的,那么它等同于 DES。如果 K1、K2 不同,但 K3 = K1,那么它提供了两次 DES 加密的安全性。如果 K1、K2、K3 都不同,那么它提供了更高的安全性。

3. 3DES 的加密流程:

  1. 初始置换: 明文经过初始置换,位被重新排列。

  2. 分组和迭代: 明文被分成块,然后经过一系列的迭代。每个迭代包括替代、置换和异或等运算。

  3. 密钥扩展: 初始密钥被扩展成三个子密钥。

  4. 加密/解密: 使用三个子密钥对明文进行加密,或者使用三个子密钥对密文进行解密。

  5. 最终置换: 通过最终置换将得到的密文重新排列,形成最终结果。

3DES 的安全性主要来自密钥的长度和迭代的次数,使得密码分析者需要耗费更多的计算资源来破解密码。尽管 3DES 提供了一定程度的安全性,但由于计算量大和效率低,现代应用更倾向于使用先进的加密算法,如 AES。

三、openssl + 3DES开发实例

使用 OpenSSL 进行 3DES(Triple DES,也称为 DESede)加密和解密的实例与 DES 类似,只是需要设置更长的密钥。以下是一个简单的 C++ 示例代码,假设你已经安装了 OpenSSL 库:

cpp 复制代码
#include <iostream>
#include <openssl/des.h>

void des3_encrypt(const unsigned char *input, unsigned char *output, const DES_key_schedule &ks1, const DES_key_schedule &ks2, const DES_key_schedule &ks3) {
    DES_ecb3_encrypt(input, output, &ks1, &ks2, &ks3, DES_ENCRYPT);
}

void des3_decrypt(const unsigned char *input, unsigned char *output, const DES_key_schedule &ks1, const DES_key_schedule &ks2, const DES_key_schedule &ks3) {
    DES_ecb3_encrypt(input, output, &ks1, &ks2, &ks3, DES_DECRYPT);
}

int main() {
    // 设置密钥
    const char *key_str = "0123456789abcdef0123456789abcdef0123456789abcdef";
    DES_cblock key1, key2, key3;
    DES_key_schedule ks1, ks2, ks3;

    memcpy(key1, key_str, 8);
    memcpy(key2, key_str + 8, 8);
    memcpy(key3, key_str + 16, 8);

    DES_set_key_unchecked(&key1, &ks1);
    DES_set_key_unchecked(&key2, &ks2);
    DES_set_key_unchecked(&key3, &ks3);

    // 待加密的数据
    const unsigned char plaintext[8] = "12345678";
    unsigned char ciphertext[8];
    unsigned char decryptedtext[8];

    // 加密
    des3_encrypt(plaintext, ciphertext, ks1, ks2, ks3);

    std::cout << "Ciphertext: ";
    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
        std::cout << std::hex << (int)ciphertext[i];
    }
    std::cout << std::endl;

    // 解密
    des3_decrypt(ciphertext, decryptedtext, ks1, ks2, ks3);

    std::cout << "Decrypted text: " << decryptedtext << std::endl;

    return 0;
}

这个例子中,我们使用了 24 字节的密钥,分为三个 8 字节的子密钥。密钥的设置和使用方式与 DES 类似。编译时需要链接 OpenSSL 库,命令类似于之前的例子。

请注意,与 DES 相比,3DES 提供了更高的安全性,但由于其复杂性和较慢的运算速度,现代应用中更常使用 AES 等算法。

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