正確使用AES對稱加密

經常我看到項目中有人使用了對稱加密算法，用來加密客戶或項目傳輸中的部分數據。但我注意到開發 人員由于不熟悉原理，或者簡單復制網上的代碼示例，有導致代碼存在安全風險。

我經常遇到的問題，有如下：

• 如使用了過時的加密算法（如DES）

• 設置了不安全的加密模式（ECB）

• 不正確地處理初始向量（IV）

對稱加密算法

算法位長建議

RC4	40	?
DES	56	?
3DES	112	?
AES	128	?

TL;DR:

RC4/DES/3DES都?不符合?加密/破解的安全性要求。

DES是56位加密，聽起來感覺3DES應該是168位，但實際上其有效加密位長只有112位。

其它更長的加密算法，如AES 192位/AES 256位也符合要求。

加密模式

TL;DR: 不要使用ECB。

ECB不需要初始向量（IV），這個“驚人”的發現常常讓開發簡單粗暴地設計為ECB。ECB的問題在于輸入和輸出存在非常明顯的關聯，攻擊者可以從輸出輕松地猜出輸入數據。

C#的AES算法默認模式為CBC，該算法沒有上述的安全問題，而且最為通用，可以使用該模式。

初始向量

TL;DR:
初始向量?必須?為完全隨機數，完全隨機數應該使用RandomNumberGenerator進行加密。

回想這個問題，數據加密完后，該發送什么給接收方？僅數據？那么初始向量（IV）怎么辦？

大多數開發選擇的辦法是，寫一個固定的初始向量（IV）用于加密，然后解密時，也使用相同的初始向量。這樣就導致相同的輸入會產生相同的輸出。

為什么相同的輸入應該產生不同的輸出？因為根據歷史經驗，攻擊者可以獲取一些信息，知道某個確定輸入的含義。一旦再次捕獲到相同的加密數據，就能輕易破解。

所以，發送數據應該包含：版本+初始向量+數據。

面向字符串

加密是面向字節還是字符串？我認為應該面向字節。如果面向字符串，那么很多問題很難受到重視。

試著回答這個問題：

• 用戶的密碼是什么樣子的？

• 是長度為固定32位的HEX字符嗎？如1C8F7B2C9759209C6ACC3C105D39BBAC？

• 還是用戶想輸入什么就輸入什么？如My-Super-Str0ng-Password!!？

我認為加密算法應該面向字節流/字節數據，而不是字符串。將字符串發送給客戶、放在JSON中進行端對端傳輸，是沒什么毛病的做法。但基于以下原因，我強烈建議加密/解密算法要基于字節數據：

• 避免密碼太長或太短的問題

• 來回轉換為字符串效率低下

• 字符串轉換為字節數組容易，其它數據序列化為字節數據也容易

我的加密/解密方法

// 代碼按原樣提供，可隨意使用，但不對其安全性作任何保證。string Encrypt(string password, string purpose, byte[] plainBytes){ byte[] key = PasswordToKey(password, purpose); using (var aes = Aes.Create()) { aes.Key = key; using (ICryptoTransform encryptor = aes.CreateEncryptor()) { byte[] cipherBytes = encryptor.TransformFinalBlock(plainBytes, 0, plainBytes.Length); byte[] packedBytes = Pack( version: 1, iv: aes.IV, cipherBytes: cipherBytes); return Base64UrlEncode(packedBytes); } }}byte[] Decrypt(string packedString, string password, string purpose){ byte[] key = PasswordToKey(password, purpose); byte[] packedBytes = Base64UrlDecode(packedString); (byte version, byte[] iv, byte[] cipherBytes) = Unpack(packedBytes); using (var aes = Aes.Create()) { using (ICryptoTransform decryptor = aes.CreateDecryptor(key, iv)) { return decryptor.TransformFinalBlock(cipherBytes, 0, cipherBytes.Length); } }}

其中公共方法：

// 代碼按原樣提供，可隨意使用，但不對其安全性作任何保證。byte[] PasswordToKey(string password, string purpose){ using (var hmac = new HMACMD5(Encoding.UTF8.GetBytes(purpose))) { return hmac.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(password)); }}string Base64UrlEncode(byte[] bytes){ return Convert.ToBase64String(bytes) .Replace("/", "_") .Replace("+", "-") .Replace("=", "");}byte[] Base64UrlDecode(string base64Url){ return Convert.FromBase64String(base64Url .Replace("_", "/") .Replace("-", "+"));}(byte version, byte[] iv, byte[] cipherBytes) Unpack(byte[] packedBytes){ if (packedBytes[0] == 1) { // version 1 return (1, packedBytes[1..1 + 16], packedBytes[1 + 16..]); } else { throw new NotImplementedException("unknown version"); }}byte[] Pack(byte version, byte[] iv, byte[] cipherBytes){ return new[] { version }.Concat(iv).Concat(cipherBytes).ToArray();}

解釋:

• Base64UrlEncode/Decode：用于將字符串在Url上傳輸，將+/=轉換成：-_

• Pack/Unpack：將版本/初始向量/密文打包/解包

• PasswordToKey：將長度不一樣密碼，加上purpose，轉換為長度一樣的key，其中改成HMACSHA256可以使用256位的AES算法。

測試代碼：

// 代碼按原樣提供，可隨意使用，但不對其安全性作任何保證。string purpose = "這個算法是用來搞SSO的";// 返回：AcfCe3AQcmNkeNThv-u09H_HyGKy_iRy-7uGiW0IZOHIEncrypt("密碼here", purpose, Encoding.UTF8.GetBytes("Hello World"));// 返回：Hello WorldEncoding.UTF8.GetString(Decrypt("AcfCe3AQcmNkeNThv-u09H_HyGKy_iRy-7uGiW0IZOHI", "密碼here", purpose));

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的正确使用AES对称加密的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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