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ssl + 对称加密

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By SimonCho 8 min read

聊一下怎么用ssl的接口做对称加密 + 解密。

1. AES

看一段demo

简单的说几个参数

  1. IV: Initialization Vector, 一般是加密过程初始化产生的随机向量。加密和解密过程需要同一组IV
  2. key, 密钥，加解密共一个，一般是随机生成的，如果不是协商出来 + 随机的话，基本不安全
  3. aad, Additional Authenticated Data, 附加认证数据，一般明文，只要保证完整就可以了
  4. tag, 用于认证加密数据的完整性，一般是encrypto生成的，要在decrypto的时候提供

剩下的就是必要参数了，比如明文和密文。

因此，如果你自定义了一个加密/解密的流，其实你就定义了一个协议。

另外尽量不要使用AES_*的参数，能用EVP_*的话就尽量使用后者，因为在内部实现中，会有很多高级指令对运算操作加速

2. iv + key的生成

IV初始向量在CBC，CFB模式下，仅影响前16字节(128位加密方式)的块，推荐使用CTR模式.

2.0 什么是AES

加密算法分可恢复和不可恢复

可恢复的又分对称加密和非对称加密，AES是对称加密

Advanced Encryption Standard(高级加密标准)，DES之后的继任者，是一种对称加密算法，密钥长度支持128、192、256位，分别对应AES-128、AES-192、AES-256

2.1 AES的工作模式

1
2
3
4
5
6

+---------+     +------------+     +-----------+     +------------+     +---------+
|         |     |            |     |           |     |            |     |         |
|  Plain  | --> | AES Encrypt| --> | Transmit  | --> | AES Decrypt| --> |  Plain  |
|  Text   |     |    with Key|     |           |     |    with Key|     |  Text   |
|         |     |            |     |           |     |            |     |         |
+---------+     +------------+     +-----------+     +------------+     +---------+

一种比较简单的加解密方式，XOR。

2.3 AES的概念

  1. Block Size: 128 bits
  2. key size: 128/192/256 bits
  3. 加密模式: ECB、CBC、CFB、OFB、CTR
  4. 初始向量: IV
  5. 填充方式: PKCS5Padding、PKCS7Padding、NoPadding
  6. 附加消息: AAD

2.3.1 Block Size

首先，block size, AES是一种分组加密, 每次加密的数据块大小是固定的，AES的数据块大小是128位，也就是16字节。这是AES规定的，不可更改的。

2.3.2 Key Size

其次，key size, AES的密钥长度支持128、192、256位，分别对应AES-128、AES-192、AES-256。这是AES的一个特点，也是AES的一个优点，因为密钥长度越长，破解的难度就越大。

算法分组长度密钥长度迭代轮数
AES-128128位12810
AES-192128位19212
AES-256128位256位14

越往下，越安全

2.3.3 加密模式

第三，加密模式，基本能分成5种，看wiki

工作模式描述典型应用
ECB (Electronic Codebook)每个块独立加密，同样的明文块和密钥产生同样的密文块。不推荐在需要高安全性的系统中使用，因为它不提供严格的数据混淆。
CBC (Cipher Block Chaining)每个明文块与前一个密文块进行异或操作后，再进行加密。在需要数据完整性的系统中常用，如HTTPS、SSH。
CFB (Cipher Feedback)一次处理s位，上一块密文作为加密算法的输入单元，产生的伪随机数输出与明文xor作为下一单元的密文面向数据流的通用传输认证
OFB (Output Feedback)跟CFB类似，加密算法的输入是上一次加密的输出，且使用整个分组噪声信道上的传输
CTR (Counter)每个明文分组都与一个经过加密的计数器相相xor，对每个后续分组，计数器递增在需要并行处理的系统中常用，如硬盘加密。

2.3.4 初始向量

第四，初始向量，IV，Initialization Vector，一般是加密过程初始化产生的随机向量。加密和解密过程需要同一组IV。

假设以CBC为例子的话，在每一个明文块被加密之前，会让明文和密文做xor。IV作为初始化向量，会跟第一个明文块做xor(因为之前没有任何被加密的明文)，后续的每一个明文块和它前一个明文块所加密出的密文块相异或。这样能保证密文块的不重

参考一下怎么生成Using Salts, Nonces, and Initialization Vectors

2.3.5 填充方式

因为密钥往往只能对确定长度的数据进行处理加密，数据的长度是不确定的，因此需要填充，一般是对最后一个块做额外的处理，常用的模式就是PKCS5Padding、PKCS7Padding、NoPadding，这个可以通过openssl的接口, EVP_CIPHER_CTX_set_padding来设置

2.3.6 附加消息

AAD，一般不是应用层会关注的数据，一般是包含在协议里的纯数据，需要保护完整性，但不用加密。

3 GCM

3.1 什么是CTR加密模式

还是分块，但是每次只要知道nonce + counter(一个从0到n的编号) + key就可以了。这个加密模式可以并行执行，但没办法做消息完整性验证。所以得带一个mac（Message Authentication Code）

然后看一乐把

AES模式是否需要tag
ECB不需要
CBC不需要
CFB不需要
OFB不需要
CTR不需要
GCM需要
CCM需要

3.2 什么是GCM

GCM = GMAC + CTR, 具体算法的逻辑看下wiki

REF

1. EVP Symmetric Encryption and Decryption

2. EVP Authenticated Encryption and Decryption

3. EVP Asymmetric Encryption and Decryption of an Envelope

4. How to do encryption using AES in Openssl

5. OpenSSL using EVP vs. algorithm API for symmetric crypto

6. OpenSSL EVP API

7. 什么是 AES-GCM加密算法

8. 伽罗瓦/计数器模式

9. 分组密码工作模式

10. GCM

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