淺談 PHP 中的多種加密技術及程式碼示例

菜問發表於2015-11-01

同樣是一道面試答錯的問題，面試官問我非對稱加密演算法中有哪些經典的演算法？當時我愣了一下，因為我把非對稱加密與單項雜湊加密的概念弄混淆了，所以更不用說什麼非對稱加密演算法中有什麼經典演算法，結果當然也讓面試官愣了一下，所以今天就花點時間說說PHP中的資訊加密技術

資訊加密技術的分類

單項雜湊加密技術(不可逆的加密)

屬於摘要演算法，不是一種加密演算法，作用是把任意長的輸入字串變化成固定長的輸出串的一種函式

MD5

string md5 ( string $str [, bool $raw_output = false ] ); //MD5加密,輸入任意長度字串返回一個唯一的32位字元

md5()為單向加密，沒有逆向解密演算法，但是還是可以對一些常見的字串通過收集，列舉，碰撞等方法破解;所以為了讓其破解起來更麻煩一些,所以我們一般加一點鹽值(salt)並雙重MD5;

md5(md5($password).'sdva');

sdva就是鹽值,該鹽值應該是隨機的,比如md5常用在密碼加密上,所以在註冊的時候我會隨機生成這個字串,然後通過上面的方法來雙重加密一下;

Crypt

很少看到有人用這個函式,如果要用的話有可能是用在對稱或非對稱的演算法裡面,瞭解一下既可;

string crypt ( string $str [, string $salt ] ) //第一個為需要加密的字串，第二個為鹽值（就是加密干擾值，如果沒有提供，則預設由PHP自動生成）；返回雜湊後的字串或一個少於 13 字元的字串，後者為了區別鹽值

<?php
$password='testtest.com';
echo crypt($password);
//輸出:$1$DZ3.QX2.$CQZ8I.OfeepKYrWp0oG8L1
/*第二個$與第三個$之間的八個字元是由PHP生成的，每重新整理一次就變一次
*/
echo "<hr>";

echo crypt($password,"testtest");
//輸出：tesGeyALKYm3A
//當我們要加自定義的鹽值時，如例子中的testtest作為第二個引數直接加入， 超出兩位字元的會擷取前兩位
echo "<hr>";

echo  crypt($password,'$1$testtest$');
//輸出：$1$testtest$DsiRAWGTHiVH3O0HSHGoL1
/*crypt加密函式有多種鹽值加密支援，以上例子展示的是MD5雜湊作為鹽值，該方式下
鹽值以$1$$的形式加入，如例子中的testtest加在後兩個$符之間，
超出八位字元的會擷取前八位，總長為12位;crypt預設就是這種形式。
*/
echo "<hr>";
//crypt還有多種鹽值加密支援,詳見手冊

Sha1加密：

string sha1 ( string $str [, bool $raw_output = false ]); //跟md5很像，不同的是sha1()預設情況下返回40個字元的雜湊值，傳入引數性質一樣，第一個為加密的字串，第二個為raw_output的布林值，預設為false，如果設定為true，sha1()則會返回原始的20 位原始格式報文摘要
<?php
$my_intro="zhouxiaogang";
echo sha1($my_intro); // b6773e8c180c693d9f875bcf77c1202a243e8594
echo "<hr>";
//當然，可以將多種加密演算法混合使用
echo md5(sha1($my_intro));
//輸出：54818bd624d69ac9a139bf92251e381d
//這種方式的雙重加密也可以提高資料的安全性

非對稱加密

非對稱加密演算法需要兩個金鑰來進行加密和解密，這兩個祕鑰是公開金鑰（public key，簡稱公鑰）和私有金鑰（private key，簡稱私鑰）;

1b4c510fd9f9d72a79ac165bd72a2834359bbbaf.jpg-182.2kB

如圖所示，甲乙之間使用非對稱加密的方式完成了重要資訊的安全傳輸。

乙方生成一對金鑰（公鑰和私鑰）並將公鑰向其它方公開。
得到該公鑰的甲方使用該金鑰對機密資訊進行加密後再傳送給乙方。
乙方再用自己儲存的另一把專用金鑰（私鑰）對加密後的資訊進行解密。乙方只能用其專用金鑰（私鑰）解密由對應的公鑰加密後的資訊。

在傳輸過程中，即使攻擊者截獲了傳輸的密文，並得到了乙的公鑰，也無法破解密文，因為只有乙的私鑰才能解密密文
同樣，如果乙要回復加密資訊給甲，那麼需要甲先公佈甲的公鑰給乙用於加密，甲自己儲存甲的私鑰用於解密。

在非對稱加密中使用的主要演算法有：RSA、Elgamal、揹包演算法、Rabin、D-H、ECC（橢圓曲線加密演算法）等。 其中我們最見的演算法是RSA演算法

以下是從網上摘抄的一段PHP通過openssl實現非對稱加密的演算法

<?php
/**
 * 使用openssl實現非對稱加密
 * @since 2010-07-08
 */
class Rsa {
    /**
     * private key
     */
    private $_privKey;
    /**
     * public key
     */
    private $_pubKey;
    /**
     * the keys saving path
     */
    private $_keyPath;
    /**
     * the construtor,the param $path is the keys saving path
     */
    public function __construct($path) {
        if (empty($path) || !is_dir($path)) {
            throw new Exception('Must set the keys save path');
        }
        $this->_keyPath = $path;
    }
    /**
     * create the key pair,save the key to $this->_keyPath
     */
    public function createKey() {
        $r = openssl_pkey_new();
        openssl_pkey_export($r, $privKey);
        file_put_contents($this->_keyPath . DIRECTORY_SEPARATOR . 'priv.key', $privKey);
        $this->_privKey = openssl_pkey_get_public($privKey);
        $rp = openssl_pkey_get_details($r);
        $pubKey = $rp['key'];
        file_put_contents($this->_keyPath . DIRECTORY_SEPARATOR . 'pub.key', $pubKey);
        $this->_pubKey = openssl_pkey_get_public($pubKey);
    }
    /**
     * setup the private key
     */
    public function setupPrivKey() {
        if (is_resource($this->_privKey)) {
            return true;
        }
        $file = $this->_keyPath . DIRECTORY_SEPARATOR . 'priv.key';
        $prk = file_get_contents($file);
        $this->_privKey = openssl_pkey_get_private($prk);
        return true;
    }
    /**
     * setup the public key
     */
    public function setupPubKey() {
        if (is_resource($this->_pubKey)) {
            return true;
        }
        $file = $this->_keyPath . DIRECTORY_SEPARATOR . 'pub.key';
        $puk = file_get_contents($file);
        $this->_pubKey = openssl_pkey_get_public($puk);
        return true;
    }
    /**
     * encrypt with the private key
     */
    public function privEncrypt($data) {
        if (!is_string($data)) {
            return null;
        }
        $this->setupPrivKey();
        $r = openssl_private_encrypt($data, $encrypted, $this->_privKey);
        if ($r) {
            return base64_encode($encrypted);
        }
        return null;
    }
    /**
     * decrypt with the private key
     */
    public function privDecrypt($encrypted) {
        if (!is_string($encrypted)) {
            return null;
        }
        $this->setupPrivKey();
        $encrypted = base64_decode($encrypted);
        $r = openssl_private_decrypt($encrypted, $decrypted, $this->_privKey);
        if ($r) {
            return $decrypted;
        }
        return null;
    }
    /**
     * encrypt with public key
     */
    public function pubEncrypt($data) {
        if (!is_string($data)) {
            return null;
        }
        $this->setupPubKey();
        $r = openssl_public_encrypt($data, $encrypted, $this->_pubKey);
        if ($r) {
            return base64_encode($encrypted);
        }
        return null;
    }
    /**
     * decrypt with the public key
     */
    public function pubDecrypt($crypted) {
        if (!is_string($crypted)) {
            return null;
        }
        $this->setupPubKey();
        $crypted = base64_decode($crypted);
        $r = openssl_public_decrypt($crypted, $decrypted, $this->_pubKey);
        if ($r) {
            return $decrypted;
        }
        return null;
    }
    public function __destruct() {
        @fclose($this->_privKey);
        @fclose($this->_pubKey);
    }
}
//以下是一個簡單的測試demo，如果不需要請刪除
$rsa = new Rsa('ssl-key');
//私鑰加密，公鑰解密
echo 'source：我是老鱉<br />';
$pre = $rsa->privEncrypt('我是老鱉');
echo 'private encrypted:<br />' . $pre . '<br />';
$pud = $rsa->pubDecrypt($pre);
echo 'public decrypted:' . $pud . '<br />';
//公鑰加密，私鑰解密
echo 'source:幹IT的<br />';
$pue = $rsa->pubEncrypt('幹IT的');
echo 'public encrypt:<br />' . $pue . '<br />';
$prd = $rsa->privDecrypt($pue);
echo 'private decrypt:' . $prd;
?>

對稱加密演算法

對稱加密(也叫私鑰加密)指加密和解密使用相同金鑰的加密演算法。有時又叫傳統密碼演算法，就是加密金鑰能夠從解密金鑰中推算出來，同時解密金鑰也可以從加密金鑰中推算出來。而在大多數的對稱演算法中，加密金鑰和解密金鑰是相同的，所以也稱這種加密演算法為祕密金鑰演算法或單金鑰演算法。它要求傳送方和接收方在安全通訊之前，商定一個金鑰。對稱演算法的安全性依賴於金鑰，洩漏金鑰就意味著任何人都可以對他們傳送或接收的訊息解密，所以金鑰的保密性對通訊性至關重要。

對稱加密的常用演算法有: DES演算法，3DES演算法，TDEA演算法，Blowfish演算法，RC5演算法，IDEA演算法。

在PHP中也有封裝好的對稱加密函式

Urlencode/Urldecode

string urlencode ( string $str ) 
/*
1. 一個引數，傳入要加密的字串（通常應用於對URL的加密）
2. urlencode為雙向加密，可以用urldecode來加密（嚴格意義上來說，不算真正的加密,更像是一種編碼方式）
3. 返回字串，此字串中除了 -_. 之外的所有非字母數字字元都將被替換成百分號（%）後跟兩位十六進位制數，空格則編碼為加號（+）。
*/

通過Urlencode函式解決連結中帶有&字元引起的問題:

<?php
$pre_url_encode="zhougang.com?username=zhougang&password=zhou"; //在實際開發中，我們很多時候要構造這種URL，這是沒有問題的
$url_decode    ="zhougang.com?username=zhou&gang&password=zhou";//但是這種情況下用$_GET()來接受是會出問題的;
/*
Array
(
  [username] => zhou
  [gang] => 
  [password] => zhou
)
 */

//如下解決問題:
$username="zhou&gang";
$url_decode="zhougang.com?username=".urlencode($username)."&password=zhou";
?>

常見的urlencode()的轉換字元

？=> %3F
= => %3D
% => %25
& => %26
\ => %5C

base64

string base64_decode ( string $encoded_data )

base64_encode()接受一個引數，也就是要編碼的資料（這裡不說字串，是因為很多時候base64用來編碼圖片）
base64_encode()為雙向加密，可用base64_decode()來解密

$data=file_get_contents($filename);
echo base64_encode($data);
/*然後你檢視網頁原始碼就會得到一大串base64的字串，
再用base64_decode()還原就可以得到圖片。這也可以作為移動端上傳圖片的處理方案之一（但是不建議這樣做哈）
*/

嚴格的來說..這兩個函式其實不算是加密,更像是一種格式的序列化

以下是我們PHP程式中常用到的對稱加密演算法

discuz經典演算法

<?php
function authcode($string, $operation = 'DECODE', $key = '', $expiry = 0) {   
    // 動態密匙長度，相同的明文會生成不同密文就是依靠動態密匙   
    $ckey_length = 4;   

    // 密匙   
    $key = md5($key ? $key : $GLOBALS['discuz_auth_key']);   

    // 密匙a會參與加解密   
    $keya = md5(substr($key, 0, 16));   
    // 密匙b會用來做資料完整性驗證   
    $keyb = md5(substr($key, 16, 16));   
    // 密匙c用於變化生成的密文   
    $keyc = $ckey_length ? ($operation == 'DECODE' ? substr($string, 0, $ckey_length): 
substr(md5(microtime()), -$ckey_length)) : '';   
    // 參與運算的密匙   
    $cryptkey = $keya.md5($keya.$keyc);   
    $key_length = strlen($cryptkey);   
    // 明文，前10位用來儲存時間戳，解密時驗證資料有效性，10到26位用來儲存$keyb(密匙b)， 
//解密時會通過這個密匙驗證資料完整性   
    // 如果是解碼的話，會從第$ckey_length位開始，因為密文前$ckey_length位儲存 動態密匙，以保證解密正確   
    $string = $operation == 'DECODE' ? base64_decode(substr($string, $ckey_length)) :  
sprintf('%010d', $expiry ? $expiry + time() : 0).substr(md5($string.$keyb), 0, 16).$string;   
    $string_length = strlen($string);   
    $result = '';   
    $box = range(0, 255);   
    $rndkey = array();   
    // 產生密匙簿   
    for($i = 0; $i <= 255; $i++) {   
        $rndkey[$i] = ord($cryptkey[$i % $key_length]);   
    }   
    // 用固定的演算法，打亂密匙簿，增加隨機性，好像很複雜，實際上對並不會增加密文的強度   
    for($j = $i = 0; $i < 256; $i++) {   
        $j = ($j + $box[$i] + $rndkey[$i]) % 256;   
        $tmp = $box[$i];   
        $box[$i] = $box[$j];   
        $box[$j] = $tmp;   
    }   
    // 核心加解密部分   
    for($a = $j = $i = 0; $i < $string_length; $i++) {   
        $a = ($a + 1) % 256;   
        $j = ($j + $box[$a]) % 256;   
        $tmp = $box[$a];   
        $box[$a] = $box[$j];   
        $box[$j] = $tmp;   
        // 從密匙簿得出密匙進行異或，再轉成字元   
        $result .= chr(ord($string[$i]) ^ ($box[($box[$a] + $box[$j]) % 256]));   
    }   
    if($operation == 'DECODE') {  
        // 驗證資料有效性，請看未加密明文的格式   
        if((substr($result, 0, 10) == 0 || substr($result, 0, 10) - time() > 0) &&  
substr($result, 10, 16) == substr(md5(substr($result, 26).$keyb), 0, 16)) {   
            return substr($result, 26);   
        } else {   
            return '';   
        }   
    } else {   
        // 把動態密匙儲存在密文裡，這也是為什麼同樣的明文，生產不同密文後能解密的原因   
        // 因為加密後的密文可能是一些特殊字元，複製過程可能會丟失，所以用base64編碼   
        return $keyc.str_replace('=', '', base64_encode($result));   
    }   
}

加解密函式encrypt()

<?php
//$string：需要加密解密的字串；$operation：判斷是加密還是解密，E表示加密，D表示解密；$key：密匙
function encrypt($string,$operation,$key=''){ 
    $key=md5($key); 
    $key_length=strlen($key); 
      $string=$operation=='D'?base64_decode($string):substr(md5($string.$key),0,8).$string; 
    $string_length=strlen($string); 
    $rndkey=$box=array(); 
    $result=''; 
    for($i=0;$i<=255;$i++){ 
           $rndkey[$i]=ord($key[$i%$key_length]); 
        $box[$i]=$i; 
    } 
    for($j=$i=0;$i<256;$i++){ 
        $j=($j+$box[$i]+$rndkey[$i])%256; 
        $tmp=$box[$i]; 
        $box[$i]=$box[$j]; 
        $box[$j]=$tmp; 
    } 
    for($a=$j=$i=0;$i<$string_length;$i++){ 
        $a=($a+1)%256; 
        $j=($j+$box[$a])%256; 
        $tmp=$box[$a]; 
        $box[$a]=$box[$j]; 
        $box[$j]=$tmp; 
        $result.=chr(ord($string[$i])^($box[($box[$a]+$box[$j])%256])); 
    } 
    if($operation=='D'){ 
        if(substr($result,0,8)==substr(md5(substr($result,8).$key),0,8)){ 
            return substr($result,8); 
        }else{ 
            return''; 
        } 
    }else{ 
        return str_replace('=','',base64_encode($result)); 
    } 
}
?>

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