DES加密ECB模式的Java和C++實現

遠程採集終端說明

一、方案詳細說明
更新內容： 報文添加加密功能
使用終端： RTU
加密方式： DES加密
DES加密模式： ECB模式
填充方式： zeropadding

二、簡單測試案例
1、示例1：
密文(hex)： 8bb47a0cf0a9626d2b166ab8314d8fb5
密碼： 12345678
對應明文： 0123456789
2、示例2：
密文(hex)： ff0d7d28f151afcb5c9c0bed5868c88b1530b0aec5f424d81f4c3e9dbc520c59e90fbfb9913e3c1b7e6cd019df36016de09a41a1b9b4bf265f6a7d528e394f39d38377496afb736d9555bb58a1e67357188fbd94a9d5ca52bee263f693ac45c72f5cb2e7a220696ed2c134f03a8135b2d9b3d4e0deb60708474aa8116f476cc20c6da503b069dcd418a76ed28d157ade3d7595a98bff809d
密碼： 12345678
明文： EB910048648961079140002C01000001010704050225A5C1B1010000000000000063413AE13A42D8F5C343A40C2943B4D5A2406AE148413051C99E90FF97412C85F200000000CA7B

三、後臺解析程序
約定密碼： 12345678
解密程序： 前期已提供測試，備份在文件夾中。

1、對應的Java實現(ECB模式,zeropadding填充方式)代碼DES.java如下：

package com.ybu.des;

import java.security.SecureRandom;

import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.Cipher;

/**
 * 注意：DES加密和解密過程中，密鑰長度都必須是8的倍數
 */
public class DES {
    public DES() {
    }

    // 測試
    public static void main(String args[]) {
        // 待加密內容
        String str = "0123456789";
        // 密碼，長度要是8的倍數
        String password = "12345678";

        byte[] result = DES.encrypt(str.getBytes(), password);
        // System.out.println("加密後：----" + new String(result));
        System.out.println("加密後：----" + byteToHex(result));
        // 直接將如上內容解密
        try {
            byte[] decryResult = DES.decrypt(result, password);
            System.out.println("解密後：----" + new String(decryResult));
        } catch (Exception e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 加密
     * 
     * @param datasource byte[]
     * @param password   String
     * @return byte[]
     */
    public static byte[] encrypt(byte[] datasource, String password) {
        try {
            SecureRandom random = new SecureRandom();
            DESKeySpec desKey = new DESKeySpec(password.getBytes());
            // 創建一個密匙工廠，然後用它把DESKeySpec轉換成
            SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
            SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
            // Cipher對象實際完成加密操作
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/NoPadding");
            // 用密匙初始化Cipher對象
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, securekey, random);
            // 現在，獲取數據並加密
            // 正式執行加密操作
            return cipher.doFinal(addZero(datasource));
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    /**
     * 解密
     * 
     * @param src      byte[]
     * @param password String
     * @return byte[]
     * @throws Exception
     */
    public static byte[] decrypt(byte[] src, String password) throws Exception {
        // DES算法要求有一個可信任的隨機數源
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        // 創建一個DESKeySpec對象
        DESKeySpec desKey = new DESKeySpec((password.getBytes()));
        // 創建一個密匙工廠
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        // 將DESKeySpec對象轉換成SecretKey對象
        SecretKey securekey = keyFactory.generateSecret(desKey);
        // Cipher對象實際完成解密操作
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/NoPadding");
        // 用密匙初始化Cipher對象
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, securekey, random);
        // 真正開始解密操作
        return cipher.doFinal(src);
    }

    public static byte[] getKey(byte[] keyRule) {
        SecretKeySpec key = null;
        byte[] keyByte = keyRule;
        System.out.println(keyByte.length);
        // 創建一個空的八位數組,默認情況下爲0
        byte[] byteTemp = new byte[8];
        // 將用戶指定的規則轉換成八位數組
        int i = 0;
        for (; i < byteTemp.length && i < keyByte.length; i++) {
            byteTemp[i] = keyByte[i];
        }
        key = new SecretKeySpec(byteTemp, "DES");
        return key.getEncoded();
    }

    public static byte[] addZero(byte[] data) {
        byte[] dataByte = data;

        if (data.length % 8 != 0) {
            byte[] temp = new byte[8 - data.length % 8];
            dataByte = byteMerger(data, temp);
        }
        return dataByte;
    }

    // java 合併兩個byte數組
    // System.arraycopy()方法
    public static byte[] byteMerger(byte[] bt1, byte[] bt2) {
        byte[] bt3 = new byte[bt1.length + bt2.length];
        System.arraycopy(bt1, 0, bt3, 0, bt1.length);
        System.arraycopy(bt2, 0, bt3, bt1.length, bt2.length);
        return bt3;
    }

    /**
     * byte數組轉hex
     * @param bytes
     * @return
     */
    public static String byteToHex(byte[] bytes){
        String strHex = "";
        StringBuilder sb = new StringBuilder("");
        for (int n = 0; n < bytes.length; n++) {
            strHex = Integer.toHexString(bytes[n] & 0xFF);
            sb.append((strHex.length() == 1) ? "0" + strHex : strHex); // 每個字節由兩個字符表示，位數不夠，高位補0
        }
        return sb.toString().trim();
    }
}

2、使用openssl庫實現DES加密和解密(ECB模式,zeropadding填充方式)

可以參考博客C/C++使用openssl進行摘要和加密解密（md5, sha256, des, rsa）
openssl裏面有很多用於摘要哈希、加密解密的算法，方便集成於工程項目，被廣泛應用於網絡報文中的安全傳輸和認證。下面以des的api簡單使用作爲例子。
算法介紹
des: https://en.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard
工程配置

• 1、windows

編譯openssl庫，得到頭文件include和鏈接庫lib和dll
配置包含頭文件目錄和庫目錄
工程中設置鏈接指定的lib：libssl.lib，libcrypto.lib
將對應的dll拷貝到exe執行目錄：libcrypto-1_1.dll， libssl-1_1.dll

• 2、linux
  編譯openssl庫，得到頭文件include和鏈接庫a和so
  配置包含頭文件目錄和庫目錄
  工程中設置鏈接指定的lib：libcrypto.a 後者libcrypto.so
• DES.h頭文件
  加密和解密實現如下

#ifndef _DES_ECB_H
#define _DES_ECB_H

#include<string>

typdedef std::string String;

#include "openssl/des.h"  

// DES加密 ECB模式
	static String encrypt_des_ecb(const String& mingwen, const String& keystr)
	{
		String strCipherText;
		DES_cblock keyEncrypt;
		memset(keyEncrypt, 0, 8);

		memcpy(keyEncrypt, keystr.c_str(), keystr.size() >= 8 ? 8 : keystr.size());

		DES_key_schedule keySchedule;  //密鑰表
		DES_set_key_unchecked(&keyEncrypt, &keySchedule);   //設置密鑰，且不檢測密鑰奇偶性  

		// 循環加密，每8字節一次    
		const_DES_cblock inputText;
		DES_cblock outputText;
		Uint8Array vecCiphertext;
		uint8 tmp[8];

		Uint8Array vecFull((mingwen.size() + 7) / 8 * 8, 0);
		memcpy(vecFull.data(), mingwen.data(), mingwen.size());
		for (int i = 0; i < vecFull.size() / 8; i++)
		{
			memcpy(inputText, vecFull.data() + i * 8, 8);
			DES_ecb_encrypt(&inputText, &outputText, &keySchedule, DES_ENCRYPT);  //加密
			memcpy(tmp, outputText, 8);
			std::copy(tmp, tmp + 8, std::back_inserter(vecCiphertext));
		}
		strCipherText.clear();
		strCipherText.assign(vecCiphertext.begin(), vecCiphertext.end());
		return strCipherText;
	}

	// DES解密 ECB模式
	static String decrypt_des_ecb(const String& miwen, const String& keystr)
	{
		String clearText;
		DES_cblock keyEncrypt;
		memset(keyEncrypt, 0, 8);

		memcpy(keyEncrypt, keystr.c_str(), keystr.size() >= 8 ? 8 : keystr.size());

		DES_key_schedule keySchedule;  //密鑰表
		DES_set_key_unchecked(&keyEncrypt, &keySchedule);   //設置密鑰，且不檢測密鑰奇偶性  

		// 循環解密，每8字節一次    
		const_DES_cblock inputText;
		DES_cblock outputText;
		Uint8Array vecCleartext;
		uint8 tmp[8];

		Uint8Array vecFull((miwen.size() + 7) / 8 * 8, 0);
		memcpy(vecFull.data(), miwen.data(), miwen.size());
		for (int i = 0; i < vecFull.size() / 8; i++)
		{
			memcpy(inputText, vecFull.data() + i * 8, 8);
			DES_ecb_encrypt(&inputText, &outputText, &keySchedule, DES_DECRYPT);  //解密
			memcpy(tmp, outputText, 8);
			std::copy(tmp, tmp + 8, std::back_inserter(vecCleartext));
		}
		clearText.clear();
		clearText.assign(vecCleartext.begin(), vecCleartext.end());
		return clearText;
	}
#endif

• 測試代碼main.cpp如下：

#include <iostream>

#include "DES.h"

// 轉換hex到字符串顯示
 String hex2str(const char* buff, const size_t buffsize, const char* sep = "", bool is_case = false) {
	String out;
	char ch[4];
	const char* fmt = is_case ? "%02x" : "%02X";
	for (size_t i = 0; i < buffsize; i++) {
		sprintf(ch, fmt, buff[i] & 0xFF);
		if (out.empty()) {
			out = ch;
		}
		else {
			out += sep;
			out += ch;
		}
	}
	return out;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 原始明文  
	// 待加密內容
	String mingwenText = "0123456789";

	std::cout << "原始字符串爲：" << mingwenText << std::endl;

	// des  
	std::cout << "=== des ecb加解密 ===" << std::endl;
	// 密碼，長度要是8的倍數
	std::string desKey = "12345678";
	String miwen = DES::encrypt_des_ecb(mingwenText, desKey);
	String miwenStr = hex2str(miwen.data(), miwen.size());
	std::cout << "加密後的字符串： " << miwenStr << std::endl;

	String mingwen = DES::decrypt_des_ecb(miwen, desKey);
	int lastPos = mingwen.find_first_of('\0');
	mingwen = mingwen.substr(0, lastPos);
	std::cout << "解密後的字符串： " << mingwen << std::endl;

	system("pause");

	return 0;
}

參考資料

• C/C++使用openssl進行摘要和加密解密（md5, sha256, des, rsa）
• https://www.openssl.org/
• 在線DES加密解密、DES在線加密解密、DES encryption and decryption