Go语言标准库实现AES和RSA加解密，包含密钥生成、数据加密、解密验证示例

1. 为什么需要数据加密？

当我们在网上购物时，支付密码就像装在透明玻璃罐里的糖果，任何路过的人都能看见。数据加密就是给这个玻璃罐装上密码锁的过程。Go语言作为云计算时代的C语言，其标准库crypto包提供了完善的加密工具集，今天我们使用纯Go标准库实现两种主流加密方案。

2. 开发环境准备

技术栈说明：本文示例完全基于Go 1.21标准库，无需任何第三方依赖。请确保安装：

$ go version
go version go1.21.4 linux/amd64

3. AES对称加密实战

3.1 生成加密密钥

// 生成32字节密钥（对应AES-256）
func generateAESKey() ([]byte, error) {
    key := make([]byte, 32)
    if _, err := rand.Read(key); err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("生成密钥失败: %v", err)
    }
    return key, nil
}

3.2 完整加密实现

func aesEncrypt(plainText []byte, key []byte) ([]byte, error) {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("创建加密块失败: %v", err)
    }

    // 使用GCM模式（Galois/Counter Mode）
    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("创建GCM模式失败: %v", err)
    }

    nonce := make([]byte, gcm.NonceSize())
    if _, err = rand.Read(nonce); err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("生成随机数失败: %v", err)
    }

    return gcm.Seal(nonce, nonce, plainText, nil), nil
}

3.3 对应解密实现

func aesDecrypt(cipherText []byte, key []byte) ([]byte, error) {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("创建解密块失败: %v", err)
    }

    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("创建GCM模式失败: %v", err)
    }

    nonceSize := gcm.NonceSize()
    if len(cipherText) < nonceSize {
        return nil, fmt.Errorf("密文长度异常")
    }

    nonce, cipherText := cipherText[:nonceSize], cipherText[nonceSize:]
    return gcm.Open(nil, nonce, cipherText, nil)
}

4. RSA非对称加密实战

4.1 生成密钥对

func generateRSAKeys() (*rsa.PrivateKey, error) {
    privateKey, err := rsa.GenerateKey(rand.Reader, 2048)
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("生成密钥失败: %v", err)
    }
    return privateKey, nil
}

4.2 加密实现

func rsaEncrypt(plainText []byte, publicKey *rsa.PublicKey) ([]byte, error) {
    // 使用OAEP填充方案
    cipherText, err := rsa.EncryptOAEP(
        sha256.New(),
        rand.Reader,
        publicKey,
        plainText,
        nil,
    )
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("加密失败: %v", err)
    }
    return cipherText, nil
}

4.3 解密实现

func rsaDecrypt(cipherText []byte, privateKey *rsa.PrivateKey) ([]byte, error) {
    plainText, err := rsa.DecryptOAEP(
        sha256.New(),
        rand.Reader,
        privateKey,
        cipherText,
        nil,
    )
    if err != nil {
        return nil, fmt.Errorf("解密失败: %v", err)
    }
    return plainText, nil
}

5. 关联技术：哈希算法应用

// 使用SHA256验证数据完整性
func hashData(data []byte) string {
    hasher := sha256.New()
    hasher.Write(data)
    return hex.EncodeToString(hasher.Sum(nil))
}

// 示例用法
originalHash := hashData([]byte("重要数据"))
// 传输后验证
if hashData(receivedData) != originalHash {
    fmt.Println("数据已被篡改！")
}

6. 典型应用场景分析

6.1 配置文件加密

使用AES加密数据库密码等敏感配置，运行时动态解密

6.2 API通信安全

RSA加密传输AES会话密钥，建立安全信道后使用对称加密

6.3 数字签名验证

通过RSA私钥签名，公钥验证更新包合法性

7. 技术方案对比

8. 开发注意事项

1. 密钥存储：切勿硬编码在代码中，推荐使用Vault等密钥管理系统
2. 随机数质量：务必使用crypto/rand生成随机数
3. 版本兼容：加密算法实现可能随Go版本升级发生变化
4. 性能优化：超过1MB数据建议使用对称加密
5. 错误处理：解密失败必须记录完整日志但不要泄露细节

9. 常见问题解决方案

问题1：解密时报错"cipher: message authentication failed" 原因：通常由密钥错误或密文被篡改导致 解决：检查密钥来源，增加HMAC校验

问题2：RSA加密时报错"message too long" 原因：RSA加密数据长度限制 解决：改用混合加密模式，用RSA加密AES密钥

10. 安全增强建议

1. 定期轮换加密密钥（建议每90天）
2. 在内存处理密钥后及时清空缓冲区
3. 结合TLS实现端到端加密
4. 对敏感操作增加二次认证
5. 使用go-secure等安全框架进行加固

11. 总结与展望

就像给数字世界的信息穿上隐身衣，加密技术是现代软件开发的必备技能。通过本文的实战演示，我们掌握了Go语言实现加密解密的完整方法论。未来随着量子计算的发展，可以关注Lattice-based等后量子加密算法在Go中的实现。