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顶点云（应用）认证基础模块实现

使用 Golang 实现此前设计的云存储系统传输、认证协议所需的基础模块。

实现 authenticate 包

根据项目介绍中提出的需求，authenticate 包中应当提供函数实现以下功能：

  • 计算文件块的 MD5 值
  • 随机生成用于加密的 token，且可根据安全等级决定 token 长度
  • 基本的 AES CFB 加/解密接口
  • 基本的 Base64 编/解码接口
  • int64 和字节流转换

在工程目录下新建文件夹 authenticate ，在该目录下新建代码 authenticate.go ，以下将逐个实现上述功能。

MD5 值计算

  • Golang 的 crypto 包提供了一个 md5 计算方法，可以直接调用并包装。函数 MD5(string) []byte 接收一个字符串并返回该字符串计算出的 MD5 字节流：
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// authenticate.go
import (
	"crypto/md5"
	"encoding/hex"
)
func MD5(text string) []byte {
	ctx := md5.New()
	ctx.Write([]byte(text))
	return []byte(hex.EncodeToString(ctx.Sum(nil)))
}

Token 生成

  • token 的生成方式可以随意选择，这里计算一个随机字符串的 MD5 值作为 token。函数 GenerateToken(level uint8)[]byte 接收一个 uint8 类型的参数 level，该参数指定生成 token 的等级，当 level 为 1 或更低时，生成 16 字节的 token；当 level 为 2 时，生成 24 字节的 token；否则生成 32 字节。GetRandomString(int) string 接收一个正整数，生成参数指定长度的随机字串。
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// authenticate.go
import (
	"math/rand"
	"time"
)
func GenerateToken(level uint8) []byte {
	if level <= 1 { // 128 bits, 16 bits token
		return MD5(GetRandomString(128))[:16]
	} else if level == 2 { // 192 bits, 24 bits token
		return MD5(GetRandomString(128))[:24]
	} else { // 256 bits, 32 bits token
		return MD5(GetRandomString(128))[:32]
	}
}

func GetRandomString(leng int) string {
	str := "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
	bytes := []byte(str)
	result := []byte{}
	r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))
	for i := 0; i < leng; i++ {
		result = append(result, bytes[r.Intn(len(bytes))])
	}
	return string(result)
}

AES CFB 模块创建

  • Golang 的 crypto 包提供了 aes 模块和 cipher 模块，aes.NewCipher(key) 将根据 key 生成一个新的 AES 模块。
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// authenticate.go
import (
	"crypto/aes"
	"crypto/cipher"
)
func NewAesBlock(key []byte) cipher.Block {
	block, err := aes.NewCipher(key)
	if err != nil {
		return nil
	}
	return block
}
  • 我们使用 cipher.Block 的 CFB 加密模块，commonIV 是 CFB 模式（密码反馈模式）的唯一 IV，和密钥一起作用于加密器，这里取 0~15。函数 AesEncode([]byte, cipher.Block)[]byte 接收一段明文字节流和加密模块，并返回加密后的字节流。
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// authenticate.go
var commonIV = []byte{0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f}
func AesEncode(plaintext []byte, block cipher.Block) []byte {
	cfb := cipher.NewCFBEncrypter(block, commonIV)
	ciphertext := make([]byte, len(plaintext))
	cfb.XORKeyStream(ciphertext, plaintext)
	return []byte(ciphertext)
}
  • 解密过程和加密类似，但需要事先获知明文长度。函数 AesDecode([]byte, int64, cipher.Block)([]byte, error) 接收密文、明文长度和 AES 模块，如果解密成功则返回明文字节流，否则返回信息中携带错误：
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// authenticate.go
func AesDecode(cipherText []byte, plainLen int64, block cipher.Block) ([]byte, error) {
	cfbdec := cipher.NewCFBDecrypter(block, commonIV)
	plaintext := make([]byte, plainLen)
	cfbdec.XORKeyStream(plaintext, cipherText)
	return []byte(plaintext), nil
}

Base64 编/解码

  • Golang 的 crypto 包提供了可使用的 Base64 编/解码工具，只需要简单将其封装。我们在 authenticate.go 中为其声明一个编码类的实例，将所有编/解码请求委托给该实例。
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// authenticate.go
import(
	"encoding/base64"
)
const (
	base64Table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
)
var coder = base64.NewEncoding(base64Table)
func Base64Encode(plaintext []byte) []byte {
	return []byte(coder.EncodeToString(plaintext))
}
func Base64Decode(ciphertext []byte) ([]byte, error) {
	return coder.DecodeString(string(ciphertext))
}

int64 和字节流的转换

  • encoding 包中的 binary 模块可以提供将 uint64 转化为字节流的方法，我们将其包装为两个函数 Int64ToBytes(int64)[]byte 和 BytesToInt64([]byte)int64。
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// authenticate.go
import(
    "encoding/binary"
)
func Int64ToBytes(i int64) []byte {
	var buf = make([]byte, 8)
	binary.BigEndian.PutUint64(buf, uint64(i))
	return buf
}
func BytesToInt64(buf []byte) int64 {
	return int64(binary.BigEndian.Uint64(buf[:8]))
}

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