【问题标题】:Java encrypt files with passwordJava用密码加密文件
【发布时间】:2020-01-04 15:38:14
【问题描述】:

您好,我是新用户,这是我的第一个问题: 我声明我没有广泛的密码学知识。 我正在尝试使用用户提供的密码加密文件,我发现了这种方法:

fileProcessor(Cipher.ENCRYPT_MODE,key,inputFile,newFile);

static void fileProcessor(int cipherMode,String key,File inputFile,File outputFile) {
    try {
        Key secretKey = new SecretKeySpec(key.getBytes(), "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
        cipher.init(cipherMode, secretKey);

        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(inputFile);
        byte[] inputBytes = new byte[(int) inputFile.length()];
        inputStream.read(inputBytes);

        byte[] outputBytes = cipher.doFinal(inputBytes);

        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(outputFile);
        outputStream.write(outputBytes);

        inputStream.close();
        outputStream.close();

        } catch (NoSuchPaddingException | NoSuchAlgorithmException 
                     | InvalidKeyException | BadPaddingException
                 | IllegalBlockSizeException | IOException e) {
        e.printStackTrace();
            }
}

问题是程序只有在我输入一个 16 字节的密码时才能工作(我认为即使是它的倍数也可以)。 如何使用不一定是 16 字节的倍数的密码?

【问题讨论】:

  • 你听说过填充吗?
  • 不,是什么?
  • 查找有关 PBKDF2 的文章(PBKDF 是一种基于密码的密钥派生函数)。忽略并否决所有有关直接使用 SHA-256 的文章,请记住,即使您使用 PBKDF2 等强化功能,您仍然需要一个非常安全的密码即使
  • 如果您不了解密码学,那么“找到的方法”安全的机会几乎为零。您最好使用特定于加密的库(Fernet、CMS、PGP),以便至少 一些 选择是安全的。例如,您正在使用上面的 ECB 模式,这种模式会立即泄露有关文件的信息并且也不提供消息完整性或身份验证。
  • 那段代码也有糟糕的流和错误处理,顺便说一下,我会用它作为一个例子来说明如何来实现文件加密。每行代码大约有一个错误。

标签: java encryption key aes


【解决方案1】:

密钥 (SecretKeySpec) 是加密密钥,而不是用户提供的简单明文密码。 AES 标准指定以下密钥大小:128、192 或 256 位。 可以使用密钥派生函数从文本密码创建密钥,例如PBKDF2

正如评论中提到的Maarten-reinstateMonicaCipher.getInstance("AES") 会在 ECB 模式下进行 AES 加密,即insecureAES-GCM 是基于 AES 算法的强烈认可的 authenticated encryption 模式。

此外,在继续示例代码之前,您需要了解以下概念:

示例代码:

// The number of times that the password is hashed during the derivation of the symmetric key
private static final int PBKDF2_ITERATION_COUNT = 300_000;
private static final int PBKDF2_SALT_LENGTH = 16; //128 bits
private static final int AES_KEY_LENGTH = 256; //in bits
// An initialization vector size
private static final int GCM_NONCE_LENGTH = 12; //96 bits
// An authentication tag size
private static final int GCM_TAG_LENGTH = 128; //in bits

private static byte[] encryptAES256(byte[] input, String password) {
  try {
    SecureRandom secureRandom = SecureRandom.getInstanceStrong();
    // Derive the key, given password and salt
    SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA512");
    // A salt is a unique, randomly generated string
    // that is added to each password as part of the hashing process
    byte[] salt = new byte[PBKDF2_SALT_LENGTH];
    secureRandom.nextBytes(salt);
    KeySpec keySpec =
        new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, PBKDF2_ITERATION_COUNT, AES_KEY_LENGTH);
    byte[] secret = factory.generateSecret(keySpec).getEncoded();
    SecretKey key = new SecretKeySpec(secret, "AES");

    // AES-GCM encryption
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
    // A nonce or an initialization vector is a random value chosen at encryption time
    // and meant to be used only once
    byte[] nonce = new byte[GCM_NONCE_LENGTH];
    secureRandom.nextBytes(nonce);
    // An authentication tag
    GCMParameterSpec gcmParameterSpec = new GCMParameterSpec(GCM_TAG_LENGTH, nonce);
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, gcmParameterSpec);
    byte[] encrypted = cipher.doFinal(input);
    // Salt and nonce can be stored together with the encrypted data
    // Both salt and nonce have fixed length, so can be prefixed to the encrypted data
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(salt.length + nonce.length + encrypted.length);
    byteBuffer.put(salt);
    byteBuffer.put(nonce);
    byteBuffer.put(encrypted);
    return byteBuffer.array();
  } catch (Exception e) {
    throw new RuntimeException(e);
  }
}

private static byte[] decryptAES256(byte[] encrypted, String password) {
  try {
    // Salt and nonce have to be extracted
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(encrypted);
    byte[] salt = new byte[PBKDF2_SALT_LENGTH];
    byteBuffer.get(salt);
    byte[] nonce = new byte[GCM_NONCE_LENGTH];
    byteBuffer.get(nonce);
    byte[] cipherBytes = new byte[byteBuffer.remaining()];
    byteBuffer.get(cipherBytes);

    SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA512");
    KeySpec keySpec =
        new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, PBKDF2_ITERATION_COUNT, AES_KEY_LENGTH);
    byte[] secret = factory.generateSecret(keySpec).getEncoded();
    SecretKey key = new SecretKeySpec(secret, "AES");

    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
    // If encrypted data is altered, during decryption authentication tag verification will fail
    // resulting in AEADBadTagException
    GCMParameterSpec gcmParameterSpec = new GCMParameterSpec(GCM_TAG_LENGTH, nonce);
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, gcmParameterSpec);
    return cipher.doFinal(cipherBytes);
  } catch (Exception e) {
    throw new RuntimeException(e);
  }
}

public static void main(String[] args) throws Exception {
  String password = "Q8yRrM^AvV5r8Yx+"; //Password still has to be strong ehough
  String input = "Sample text to encrypt";
  byte[] encrypted = encryptAES256(input.getBytes(UTF_8), password);
  System.out.println(Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted));
  //s+AwwowLdSb3rFZ6jJlxSXBvzGz7uB6+g2e97QXGRKUY5sHPgf94AOoybkzuR3rNREMj56Ik1+Co682s4vT2sAQ/
  byte[] decrypted = decryptAES256(encrypted, password);
  System.out.println(new String(decrypted, UTF_8));
  //Sample text to encrypt
}

关于random nonces 的更多内容。如果只有少数记录使用相同的密钥加密,那么随机 nonce 不会造成风险。但是,如果使用相同的密钥对大量记录进行加密,则风险可能会变得相关。

一个重复的随机数通常足以完全恢复 连接的身份验证密钥。在这种错误的实现中, 真实性丢失,攻击者能够操纵 受 TLS 保护的内容。

出于安全原因,应避免随机数,并应使用计数器。

【讨论】:

  • Cipher.getInstance("AES"); ... 哦,我确实已经警告过欧洲央行,对吧?迭代次数也达不到 2019 年的规范。请在发布之前确保您发布的内容是安全的,密码学存在令人讨厌的问题,即代码可以完美运行但仍然不安全。
  • @Maarten-reinstateMonica,谢谢。更新了示例代码以使用 AES-GCM 和 PBKDF2 中的更多迭代。
【解决方案2】:

我正在尝试使用用户提供的密码加密文件
如何使用不一定是 16 字节的倍数的密码?

要从用户提供的密码创建加密密钥,您可以查看some examples,通常搜索“基于密码的加密”

以下是如何使用用户密码创建加密密钥的示例

 private static final String PBKDF_ALG = "PBKDF2WithHmacSHA256";
 private static final int PBKDF_INTERATIONS = 800000;

// create key from password
 SecretKeyFactory secKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(PBKDF_ALG);
 KeySpec pbeSpec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), psswdSalt, PBKDF_INTERATIONS, SYMMETRIC_KEY.length*8);
 SecretKey pbeSecretKey = secKeyFactory.generateSecret(pbeSpec);
SecretKey secKey = new SecretKeySpec(pbeSecretKey.getEncoded(), SYMMETRIC_KEY_ALG);

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(cipherMode, secKey) ;

【讨论】:

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