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openssl + 3DES开发实例（linux）

article 2024/11/10 13:41:30

文章目录

一、3DES介绍
- - 3DES 的特点：
  - 3DES 加密的步骤：
  - 3DES 的应用场景：
二、3DES原理
- - 1. DES 原理回顾：
  - 2. 3DES 原理：
  - 3. 3DES 的加密流程：
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：

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。
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。
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：

初始置换（Initial Permutation）： 明文经过初始置换，位被重新排列。
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。
密钥扩展： 初始密钥被扩展成三个子密钥。
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。
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：

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。
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。
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：

初始置换： 明文经过初始置换，位被重新排列。
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。
密钥扩展： 初始密钥被扩展成三个子密钥。
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。
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：

#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;
}