Golang CTR 模式加解密：原理与实践

import (
    "crypto/cipher"
    "crypto/rand"
)

// generateIV 生成一个适合加密使用的初始化向量（IV）。
// IV的长度应与底层块密码的块大小相同。
func generateIV(blockSize int) []byte {
    iv := make([]byte, blockSize)
    // 使用安全的随机数源填充IV
    if _, err := rand.Read(iv); err != nil {
        panic(err) // 实际应用中应进行更优雅的错误处理
    }
    return iv
}

// encrypt 使用 CTR 模式加密数据。
// block 是底层块密码实例，value 是待加密的明文。
// 返回值是拼接了IV的密文数据。
func encrypt(block cipher.Block, value []byte) []byte {
    // 1. 生成一个唯一的初始化向量（IV）
    iv := generateIV(block.BlockSize())

    // 2. 创建 CTR 模式的加密流
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)

    // 3. 执行 XORKeyStream 操作。
    // 这里我们将明文缓冲区作为源和目标，实现原地加密。
    // 加密后，value 缓冲区中存储的就是密文。
    stream.XORKeyStream(value, value)

    // 4. 将 IV 附加到密文的前面，以便解密时使用。
    // IV 不需要保密，但必须随密文一同传输。
    return append(iv, value...)
}

// decrypt 使用 CTR 模式解密数据。
// block 是底层块密码实例，encryptedValue 是包含IV和密文的完整数据。
// 返回值是解密后的明文数据。
func decrypt(block cipher.Block, encryptedValue []byte) []byte {
    // 1. 检查输入数据长度是否足够包含IV。
    if len(encryptedValue) < block.BlockSize() {
        return nil // 数据不完整，无法解密
    }

    // 2. 从接收到的数据中提取 IV。
    iv := encryptedValue[:block.BlockSize()]

    // 3. 提取实际的密文。
    ciphertext := encryptedValue[block.BlockSize():]

    // 4. 创建 CTR 模式的解密流。
    // 注意：解密时也使用相同的IV和底层块密码。
    stream := cipher.NewCTR(block, iv)

    // 5. 执行 XORKeyStream 操作。
    // 同样，我们将密文缓冲区作为源和目标，实现原地解密。
    // 解密后，ciphertext 缓冲区中存储的就是明文。
    stream.XORKeyStream(ciphertext, ciphertext)

    // 6. 返回解密后的明文。
    return ciphertext
}

package main

import (
    "crypto/aes"
    "fmt"
    "testing" // 引入 testing 包以方便测试
)

// 假设 generateIV, encrypt, decrypt 函数已定义在同一包中

func TestEncryptCTR(t *testing.T) {
    // 1. 定义一个16字节的密钥（AES-128）
    key := []byte("1234567890123456") // 16字节密钥

    // 2. 创建 AES 块密码实例
    block, err := aes.NewCipher(key)
    if err != nil {
        t.Fatalf("创建AES密码块失败: %v", err) // 使用 t.Fatalf 报告测试错误
    }

    // 3. 准备待加密的明文
    value := "foobarbaz"
    plaintext := []byte(value)

    // 4. 执行加密操作
    // 注意：encrypt 函数会修改 plaintext 传入的 slice 内容，
    // 因此这里传入的是一个副本，以保留原始明文。
    encrypted := encrypt(block, append([]byte(nil), plaintext...))

    // 5. 执行解密操作
    decrypted := decrypt(block, encrypted)

    // 6. 验证解密结果
    if string(decrypted) != value {
        t.Errorf("解密失败！期望: %s, 实际: %s", value, string(decrypted))
    } else {
        fmt.Printf("--- %s ---\n", string(decrypted)) // 打印解密结果
    }
}

// 为了让上面的测试代码能够运行，需要将 generateIV, encrypt, decrypt 函数也放在 main 包或测试文件中
// 例如：
/*
import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "crypto/rand"
    "fmt"
    "testing"
)

// generateIV, encrypt, decrypt 函数定义如上文所示
// ...

func TestEncryptCTR(t *testing.T) {
    // ...
}
*/