AES ECB iOS 加密

Question

我尝试使用带有 ECB 选项的 AES 算法加密一些字符串。

size_t bufferSize = dataLength + kCCBlockSizeAES128;
void *buffer = malloc(bufferSize);

size_t numBytesEncrypted = 0;
CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionECBMode,
                                      encryptionKey, kCCKeySizeAES128,
                                      NULL /* initialization vector (optional) */,
                                      [self bytes], dataLength, /* input */
                                      buffer, bufferSize, /* output */
                                      &numBytesEncrypted);
if (cryptStatus == kCCSuccess) {
    return [NSData dataWithBytesNoCopy:buffer length:numBytesEncrypted];
}

但是 func 返回 kCCAlignmentError (-4303)

然后我尝试对齐数据：

unsigned long diff = kCCKeySizeAES128 - (dataLength % kCCKeySizeAES128);
unsigned long newSize = 0;

if (diff > 0) {
    newSize = dataLength + diff;
}

char dataPtr[newSize];
memcpy(dataPtr, [self bytes], [self length]);
for(int i = 0; i < diff; i++) {
    dataPtr[i + dataLength] = 0x20;
}

size_t numBytesEncrypted = 0;
CCCryptorStatus cryptStatus = CCCrypt(kCCEncrypt, kCCAlgorithmAES128, kCCOptionECBMode,
                                      encryptionKey, kCCKeySizeAES128,
                                      NULL /* initialization vector (optional) */,
                                      dataPtr, sizeof(dataPtr), /* input */
                                      buffer, bufferSize, /* output */
                                      &numBytesEncrypted);

输入字符串

"test_string,test2"

结果是

jxtFOhYpgBVieM90zx9oDanqBkcsVAvRRJsM4GL3cio=

Android 上的结果是

jxtFOhYpgBVieM90zx9oDUfV7v43WFv7F5bzErfxrL8=

我做错了什么？

Answer 1

简单地说，AES 是一种块密码，这意味着它要求其输入数据是块大小的倍数（AES 为 16 字节）。您的输入数据为 17 个字节，因此存在对齐错误。 （不是说内存中的对齐）。

处理这个问题的方法是在选项中指定 PKCS#7 填充：

kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode

输入数据将被填充到一个块倍数中，并且在解密时填充将被删除。为了在加密时允许这样做，有必要将输出缓冲区增加一个块大小。

考虑不使用 [ECB 模式](https://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_mode_of_operation#Electronic_Codebook_.28ECB.29 (向下滚动到企鹅)，它不安全。

如果您在 Android 上使用 mcrypt：不要，它是废弃软件，不支持标准填充，仅支持空填充。相反，请考虑 defuse 或 RNCryptor，这是适用于 iOS 和 Java 的完全安全实现。

如果您使用 mcrypt，则需要添加自己的 PKCS#7 padding。

这里是示例代码：

+ (NSData *)doCipher:(NSData *)dataIn
                 key:(NSData *)symmetricKey
             context:(CCOperation)encryptOrDecrypt // kCCEncrypt or kCCDecrypt
{
    CCCryptorStatus ccStatus   = kCCSuccess;
    size_t          cryptBytes = 0;    // Number of bytes moved to buffer.
    NSMutableData  *dataOut    = [NSMutableData dataWithLength:dataIn.length + kCCBlockSizeAES128];

    ccStatus = CCCrypt( encryptOrDecrypt,
                       kCCAlgorithmAES128,
                       kCCOptionPKCS7Padding | kCCOptionECBMode,
                       symmetricKey.bytes, 
                       kCCKeySizeAES128,
                       0,
                       dataIn.bytes, dataIn.length,
                       dataOut.mutableBytes, dataOut.length,
                       &cryptBytes);

    if (ccStatus != kCCSuccess) {
        NSLog(@"CCCrypt status: %d", ccStatus);
    }

    dataOut.length = cryptBytes;

    return dataOut;
}

示例 PHP PKCS#7 填充：
添加 PKCS#7 填充

$padLength = $blockSize - (strlen($clearText) % $blockSize);
$clearText = $clearText . str_repeat(chr($padLength), $padLength);

剥离 PKCS#7 填充

$padLength = ord($cryptText[strlen($cryptText)-1]);
$cryptText = substr($cryptText, 0, strlen($cryptText) - $padLength);

Answer 2

虽然不推荐使用 AES/ECB。这篇文章解释了为什么会出现对齐错误以及如何处理它。

对齐错误几乎意味着尺寸有问题。

为什么会出错？

分组密码适用于固定大小（称为块大小）的单位，但消息有多种长度。因此，某些模式（即 ECB 和 CBC）要求在加密之前填充 final block。 （来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_mode_of_operation#Electronic_Codebook_(ECB)）

由于 AES ECB 不会为您进行填充，因此您必须在加密之前处理原始数据。

当然你可以在允许的情况下使用kCCOptionPKCS7Padding，但是由于这个线程正在讨论ECB模式和对齐错误，所以我们只关注如何填充数据。

我应该填充多少字节？

纯数据字节数必须是当前算法块大小的整数倍。

也就是说，如果您的块大小为kCCBlockSizeAES128 (16)，您必须将数据填充到“块大小的最接近倍数” (16*n)。

例如，

如果您的数据是“abc”（3 字节）， 那么你必须将你的数据填充到 16 个字节中；

如果您的数据是“1234567890123456”（16 字节）， 那么你必须将它填充到 32 个字节中。

0  ~ 15 bytes => pad to 16 bytes
16 ~ 31 bytes => pad to 32 bytes
32 ~ 47 bytes => pad to 48 bytes
... and so on

要填充的字节的值是多少？

If you have to pad 1 byte, then the 1 byte you pad would be '01';
If you have to pad 2 bytes, then the 2 bytes you pad would be '02';
...
If you have to pad 16 bytes, then the 16 bytes you pad would be '10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10'

加密前的原始数据和填充数据示例

Example 1. (under block size 16)

Original data string: "abc" (3 bytes)
Data Bytes: "61 62 63"
Padded Data Bytes: "61 62 63 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d 0d"

Explanation:
Data are 3 bytes, so the nearest multiple of the block size is 16 bytes.
So there are 13 bytes to be padded. 
And 13 in hex would be 0xd, so '0d' is padded for 13 times.

让我们再举一个数据块大小正好是整数倍的例子。

Example 2. (under block size 16)

Original data string: "1234567890123456" (16 bytes)
Data Bytes: "31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36"
Padded Data Bytes: "31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 36 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10"

Explanation:
Data are 16 bytes, so the nearest multiple of the block size is 32 bytes.
So there are 16 bytes to be padded. 
And 16 in hex would be 0x10, so '10' is padded for 16 times.

在 Objective-C 中填充数据

以下是使用 AES/ECB 加密模式时如何填充数据的示例：

+ (NSData *)addPaddingBeforeEncryptWithAESECB:(NSData *) data{
    //Length has to be the nearest multiple of the block size
    int cipherLen = (int)(data.length/kAlgorithmBlockSize + 1)*kAlgorithmBlockSize;
    NSMutableData *newData = [NSMutableData dataWithLength:cipherLen];
    newData = [data mutableCopy];

    //How many bytes to be padded
    int bytesToAddOn = kAlgorithmBlockSize - data.length%kAlgorithmBlockSize;

    //Each byte in hex
    char byteToAdd = bytesToAddOn & 0xff;

    char *buffer = malloc(bytesToAddOn * sizeof byteToAdd);
    memset (buffer, byteToAdd, sizeof (char) * bytesToAddOn);

    [newData appendBytes:buffer length:bytesToAddOn];
    return newData;
}

AES ECB 加密的完整示例：

+ (NSData *)encryptDataWithAESECB:(NSData *)data
                              key:(NSData *) key
                            error:(NSError **)error {

    size_t outLength;

    int cipherLen = (int)(data.length/kAlgorithmBlockSize + 1)*kAlgorithmBlockSize;
    NSMutableData *cipherData = [NSMutableData dataWithLength:cipherLen];
    NSData *newData = [self addPaddingBeforeEncryptWithAESECB:data];

    CCCryptorStatus result = CCCrypt(kCCEncrypt, // operation
                                     kAlgorithm, // Algorithm
                                     kCCOptionECBMode, // Mode
                                     key.bytes, // key
                                     key.length, // keylength
                                     0,// iv 
                                     newData.bytes, // dataIn
                                     newData.length, // dataInLength,
                                     cipherData.mutableBytes, // dataOut
                                     cipherData.length, // dataOutAvailable
                                     &outLength); // dataOutMoved


    if (result == kCCSuccess) {
        cipherData.length = outLength;
    }else {
        if (error) {
            *error = [NSError errorWithDomain:kRNCryptManagerErrorDomain code:result userInfo:nil];
        }
        return nil;
    }
    return cipherData;
}

下一步是什么？

您必须在 AES ECB 解密之前去除多余的字节。