Go语言中JSON编组后AES256加密失效问题求助

问题 #

我尝试在Go中实现AES256加解密文本，代码对普通字符串有效，但对JSON编码的结构体无效。我困惑的点在于JSON编码后的数据本质也是字符串，不明白为什么会失效。

有效代码段（普通字符串） #

// Using strings
pt := "This is a secret"
c := EncryptAES([]byte(key), []byte(pt))
fmt.Printf("Initial string: %#v\n", pt)
fmt.Printf("Coded: %v\n", c)
decoded := DecryptAES([]byte(key), c)
fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

无效代码段（JSON字符串） #

// Using JSON strings
p2 := []record{{Name: "John", Age: 20}, {Name: "Jane", Age: 25}}
m2, _ := json.Marshal(p2)
fmt.Printf("m2 = %s\n", string(m2))
fmt.Printf("m2 = %#v\n", string(m2))
coded := EncryptAES([]byte(key), m2)
decoded = DecryptAES([]byte(key), coded)
fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

使用Go版本：go version go1.18 darwin/arm64

完整代码：

package main

import (
    "crypto/aes"
    "encoding/json"
    "fmt"
)

func CheckError(err error) {
    if err != nil {
        panic(err)
    }
}

type record struct {
    Name string `json:"first_name"`
    Age  int    `json:"age"`
}

func main() {

    // cipher key
    key := "thisis32bitlongpassphraseimusing"
    fmt.Printf("len of key %d\n", len(key))

    // Using strings
    pt := "This is a secret"
    c := EncryptAES([]byte(key), []byte(pt))
    fmt.Printf("Initial string: %#v\n", pt)
    fmt.Printf("Coded: %v\n", c)
    decoded := DecryptAES([]byte(key), c)
    fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

    // Using JSON strings
    p2 := []record{{Name: "John", Age: 20}, {Name: "Jane", Age: 25}}
    m2, _ := json.Marshal(p2)
    fmt.Printf("m2 = %s\n", string(m2))
    fmt.Printf("m2 = %#v\n", string(m2))
    coded := EncryptAES([]byte(key), m2)
    decoded = DecryptAES([]byte(key), coded)
    fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

}

func EncryptAES(key []byte, plaintext []byte) []byte {
    c, err := aes.NewCipher(key)
    CheckError(err)
    out := make([]byte, len(plaintext))
    c.Encrypt(out, []byte(plaintext))
    return out
}

func DecryptAES(key []byte, ct []byte) []byte {
    c, err := aes.NewCipher(key)
    CheckError(err)
    pt := make([]byte, len(ct))
    c.Decrypt(pt, ct)
    return pt
}

解答 #

问题根源 #

你当前使用的是AES-ECB模式（直接调用aes.NewCipher的Encrypt/Decrypt方法，本质是ECB实现），该模式要求明文长度必须是AES块大小的整数倍（AES块大小固定为16字节）：

• 普通字符串"This is a secret"刚好是16字节，符合ECB的长度要求，因此能正常加解密；
• JSON编码后的m2长度为58字节，不是16的整数倍，c.Encrypt只会处理前48字节（3个完整块），剩余10字节被丢弃，解密后数据缺失导致JSON格式损坏，无法正常显示。

另外，ECB模式本身不安全，相同明文会生成相同密文，容易被破解。

修复方案 #

改用AES-GCM模式（安全的认证加密模式），该模式无需手动填充明文，可处理任意长度的数据，同时能验证数据完整性。以下是修复后的完整代码：

package main

import (
    "crypto/aes"
    "crypto/cipher"
    "crypto/rand"
    "encoding/json"
    "fmt"
    "io"
)

func CheckError(err error) {
    if err != nil {
        panic(err)
    }
}

type record struct {
    Name string `json:"first_name"`
    Age  int    `json:"age"`
}

func main() {
    // 32字节密钥，对应AES-256
    key := "thisis32bitlongpassphraseimusing"
    fmt.Printf("len of key %d\n", len(key))

    // 普通字符串测试
    pt := "This is a secret"
    c, nonce := EncryptAES([]byte(key), []byte(pt))
    fmt.Printf("Initial string: %#v\n", pt)
    fmt.Printf("Coded: %v\n", c)
    decoded := DecryptAES([]byte(key), nonce, c)
    fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

    // JSON字符串测试
    p2 := []record{{Name: "John", Age: 20}, {Name: "Jane", Age: 25}}
    m2, _ := json.Marshal(p2)
    fmt.Printf("m2 = %s\n", string(m2))
    fmt.Printf("m2 = %#v\n", string(m2))
    coded, nonce2 := EncryptAES([]byte(key), m2)
    decoded = DecryptAES([]byte(key), nonce2, coded)
    fmt.Printf("Decoded: %s\n", decoded)

    // 验证JSON可解析性
    var records []record
    err := json.Unmarshal(decoded, &records)
    CheckError(err)
    fmt.Printf("Parsed records: %+v\n", records)
}

// EncryptAES 使用AES-GCM模式加密，自动生成随机nonce
func EncryptAES(key []byte, plaintext []byte) ([]byte, []byte) {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    CheckError(err)

    // GCM模式推荐使用12字节随机nonce
    nonce := make([]byte, 12)
    if _, err := io.ReadFull(rand.Reader, nonce); err != nil {
        panic(err)
    }

    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    CheckError(err)

    ciphertext := gcm.Seal(nil, nonce, plaintext, nil)
    return ciphertext, nonce
}

// DecryptAES 使用AES-GCM模式解密，需传入加密时的nonce
func DecryptAES(key []byte, nonce []byte, ciphertext []byte) []byte {
    block, err := aes.NewCipher(key)
    CheckError(err)

    gcm, err := cipher.NewGCM(block)
    CheckError(err)

    plaintext, err := gcm.Open(nil, nonce, ciphertext, nil)
    CheckError(err)
    return plaintext
}

关键改进点 #

1. 安全模式：AES-GCM同时保证机密性和数据完整性，避免篡改；
2. 自动适配长度：无需手动填充明文，支持任意长度的数据；
3. 随机Nonce：每次加密生成随机12字节nonce，相同明文加密结果不同，提升安全性，需将nonce与密文一同存储/传输。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Serge Hulne