永強持續教你加解密：對稱篇（二）

  • 2019 年 11 月 13 日
  • 筆記

永強被嚇壞了！因為永強看到了某個微信群有人指出我上篇打醬油附送的那篇文章《震驚！北京一男子竟然用swoole做了這種事！》太low了，不過這都是誤會，一些都已經煙消雲散了。

但是給永強留下了面積巨大的心理陰影

所以永強本來昨天要發的文章拖到了今天，但是永強實在是怕了。雖然我百般鼓勵，但他還是心有餘悸。儘管我都已經直接告訴他「你那玩意根本就沒人看」了，他還是依然不敢發了。然後我不得不擺出PS大法給他做了一張圖，他看了看那張圖後又收了我6.66元的微信紅包，決定繼續鼓起勇氣發了。

是時候表現一下我的PS精湛技術了！

「我們歷經千辛萬苦，摸打滾爬過數不清的錯誤，發射了不知道多少枚長征系列，耗費了一代航天人的心血，終於看到了地球與月亮通訊的曙光，然後就在五分鐘，我們驚訝地發現，原來老王的smartmesh技術早就實現了，甚至連地球文明與外形文明的通訊都給出了完美的解決方案…」 ——— 尼古拉斯 * 趙永強

眾所周知，作為精通各種技術表演的我早就已經不屑於採用ppt的方式吹牛了，一般我都是直接上機操作表演，當然了，程式都是提前寫好了的，全是mock的假數據，腳本實現自動化，無論誰來操作都是流暢的，一切都是完美的！

作為一個追求完美的人，我還得繼續接著吹上次聊到結尾，好像是遺留了兩個問題：

  • ecb、cfb、cbc等這些後綴是什麼意思
  • iv向量又是什麼意思

鑒於DES和3DES已經屬於不建議使用的方法了，所以這次我們直接用AES加密進行裝逼表演，比如下面這坨程式碼，你們複製粘貼走運行一下：

<?php$ava_methods = openssl_get_cipher_methods();// 選用aes-128-ecb$my_method   = 'aes-128-ecb';if ( !in_array( $my_method, $ava_methods ) ) {   exit( '錯誤的加密方法'.PHP_EOL );}// 加密用的密碼$key  = "1234567812345678";// 加密的內容$data = "12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo";$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );$hex = bin2hex( $enc_data );echo $hex.' : '.strlen( $hex ).PHP_EOL;

我這裡運行結果是：【c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf : 96】

分析一下上面程式碼：這次我們選用的加密方法是AES-128-ECB，這個128是什麼意思？128就是密鑰長度的意思：128bit；如果你留心的話，還會注意到有aes-192-ecb和aes-256-ecb，其實就是指加密密鑰長度為192bit、256bit，然後是值得注意的一個地方是：

$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );

最後一個參數是OPENSSL_RAW_DATA，如果選用這個option的話，經過加密後的數據會是奇怪的二進位數據，無法直接通過文本方式查看，所以要看的話必須先使用bin2hex函數處理一下。

注意了哈，我選的這個密鑰1234567812345678是有特殊用意的，這個密鑰的長度是16位元組也就是128bit，而我們選用的aes加密方法中要求的密鑰長度就是128bit，那麼我們嘗試將密鑰增加幾位變成：1234567812345678abc，然後其他程式碼不做任何改動，再次執行加密，結果如下：

c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf : 96

就是說用「1234567812345678」和「1234567812345678abc」加密後的數據都是一樣的。看起來如果我們選用128bit密鑰長度的話，一旦密鑰長度超過128bit後面多餘的部分會被直接無視掉～～～

然後我們再嘗試將密鑰「1234567812345678」縮短一個位元組，改成「123456781234567」，其他地方程式碼不做任何改動，運行一波兒，結果如下：

c202e5b1dc36c3147e50d02df7ab700cc202e5b1dc36c3147e50d02df7ab700cda89b056d926d3fea2e59ffc552b1d98 : 96

這次不行了，已經不一樣了～

然後，我們將注意力放到明文和密文上來：

明文：12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo密文：c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf

仔細觀察有一個比較屌的地方，我們將密文每隔32個字元長度就分割一下，你們感受一下：

c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf

卧槽，竟然有前兩段是一樣的！？？？卧槽。。。 。。。

仔細看了一把明文12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo，分析一下，卧槽！：

12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo

難道說明文「12345678abcdxxoo」被密鑰「1234567812345678」加密後後的密文就是「c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533」？

時機已然成熟了！是時候繼續深入裝逼了！為什麼會出現這個結果？現在我們開始說「ecb、cfb、cbc等這些後綴是什麼意思」。

你若有所思的猜測到：「難道說對稱加密的時候，都是將明文先分塊，然後再分別對分塊加密？」，我欣慰地看著你說：「嗯，是的，肯定是，不然老子往下沒法寫了，我特么都快編不下去了…」

  • DES和3DES會將明文以64bit（8位元組）作為一個單元進行分組；
  • AES則會將明文以128bit（16位元組）作為一個單元進行分組；
  • 無論是AES還是DES，當最後一個分組的數據長度不滿足分組標準長度的時候，會用某種填充方式進行填充；
  • AES對一個16位元組分組加密完畢後，分組大小依然為16位元組；

比如說這段明文「12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo」，一共是32位元組，理論上說就會被先按照16位元組分組：「12345678abcdxxoo」是一組，剩下的「12345678abcdxxoo」是另外一組，我們用程式驗證一下：

<?php$ava_methods = openssl_get_cipher_methods();$my_method   = 'aes-128-ecb';if ( !in_array( $my_method, $ava_methods ) ) {   exit( '錯誤的加密方法'.PHP_EOL );}$key  = "123456781234567";// 注意！這段明文長度剛好為32位元組！$data = "12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo";echo '明文長度：'.strlen( $data ).PHP_EOL;$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );echo '密文長度：'.strlen( $enc_data ).PHP_EOL;

注意明文長度我選擇剛好為32位元組。保存運行一下，至於你們那裡是什麼結果我不知道，反正我這裡是這樣的：

我日，感覺被打臉了，為毛加密後多出了16位元組？

我們將明文從32位元組的「12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo」修改成33位元組的「12345678abcdxxoo12345678abcdxxooa」，這樣的話，明文會被分成三個16位元組的分組，由於最後一個分組只有一個位元組，所以剩餘15位元組會被填充：

似乎印證了我們一個猜測：當最後一個明文分組小於要求分組標準大小時，不會產生新的分組；當最後一個明文分組大於等於要求分組標準大小時，會產生一個新的分組。

我不想填充怎麼辦？修改一下加密和解密函數的最後那個OPENSSL_NO_PADDING選項即可，你們感受一下：

<?php$ava_methods = openssl_get_cipher_methods();// 選用aes-128-ecb$my_method   = 'aes-128-ecb';if ( !in_array( $my_method, $ava_methods ) ) {  exit( '錯誤的加密方法'.PHP_EOL );}// 加密用的密碼$key  = "1234567812345678";// 加密的內容$data = "12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo";echo '明文：'.$data.'，長度為'.strlen( $data ).PHP_EOL;$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_NO_PADDING );echo '密文：'.$enc_data.'，長度為'.strlen( $enc_data ).PHP_EOL;$hex = bin2hex( $enc_data );echo "密文十六進位：".$hex.'，長度為'.strlen( $hex ).PHP_EOL;$dec_data = openssl_decrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_NO_PADDING );$dec_data = openssl_decrypt( $enc_data, 'aes-128-ecb', $key, OPENSSL_NO_PADDING );echo "解密：".$dec_data.PHP_EOL;

上面程式碼運行一下，結果如下圖：

有時候一些同學在做跨語言加解密的時候，基本上都是栽在了填充上。具體表現就是PHP加密後讓Java解密，然後發現解密失敗；或者Java加密PHP解密結果也是掛了。這個時候首先檢查一下PADDING這裡，基本上都是這樣的問題。

那麼說了這麼多，總結一下：

AES和DES以及3DES這種加密方式被稱為分組密碼，分組密碼每次只能加密固定長度的明文，所以如果明文很長的話，就需要輪流為每個分組明文進行加密，AES的分組長度是128bit，而DES的分組長度為64bit；如果一旦需要對多個分組進行輪流加密，加入明文被分成了三個明文分組，那麼就需要對三個明文進行迭代加密（粗暴理解就是輪流加密），然而會有很多種不同的迭代方式，這種不同的迭代方式專業名詞就叫「模式」，這些模式有：ECB、CBC、OFB、CFB、CTR… …

PS：⚠️對明文進行分組的方式是固定的，唯一不同的就是分組長度不一樣而已；模式是指對多個明文從第一個開始輪流加密到最後一個的這個過程，是怎麼輪流執行的。

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