详解DES&3DES算法的原理以及C#和JS的实现

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);
}

来源：https://www.cnblogs.com/czzj/p/JMZDS_DES.html