在 PyCrypto AES MODE_CTR 中包含 nonce 和块计数

Question

一些背景知识，实际问题可以跳过这部分

这是我在 stackoverflow 上关于这个主题的第三个问题。为了完整起见，这些是AES with crypt-js and PyCrypto 和Match AES de/encryption in python and javascript 的其他问题。不幸的是，我最后一次尝试对原始问题投了两次反对票。问题是，即使 我也不知道我真正的问题是什么。我只是四处寻找我正在寻找的真正问题。随着 cmets 的反馈，并阅读了一些额外的信息，我更新了我的问题。我认为我挖掘了正确的问题。但是我的问题在我更新后没有得到更多的意见。所以我真的希望这个问题现在更加清晰易懂 - 即使我知道我现在的问题是什么：D
感谢大家为这个很酷的社区制作 stackoverflow - 我经常在这里找到解决我问题的方法。请继续对不好的问题提供反馈，以便改进和更新它们，从而增加这个庞大的知识和解决方案数据库。 并随时纠正我的英语语法和拼写。

问题

Javascript 中的 AES

我有一个加密的字符串，我可以用这个this Javascript Implementation of AES 256 CTR Mode 解密它

password = "myPassphrase"
ciphertext = "bQJdJ1F2Y0+uILADqEv+/SCDV1jAb7jwUBWk"
origtext = Aes.Ctr.decrypt(ciphertext, password, 256);
alert(origtext)

这会解密我的字符串并弹出带有This is a test Text 的警告框。

AES 与 PyCrypto

现在我想用python and PyCrypto解密这个字符串

password = 'myPassphrase'
ciphertext = "bQJdJ1F2Y0+uILADqEv+/SCDV1jAb7jwUBWk"
ctr = Counter.new(nbits=128)
encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CTR, counter=ctr)
origtext = encryptor.decrypt(base64.b64decode(ciphertext))
print origtext

此代码不运行。我得到一个ValueError: AES key must be either 16, 24, or 32 bytes long。当我意识到我必须在 PyCrypto 中做更多的事情然后只调用一个解密方法时，我开始调查并试图弄清楚我必须做什么。

调查

我首先想到的基本内容是：

• AES 256 位 (?)。但是 AES 标准是 128 位的。将密码增加到 32 字节是否足够？
• 计数器模式。使用 AES.MODE_CTR 在 PyCrypto 中轻松设置。但我必须指定一个 counter() 方法。所以我使用了basic binary Counter provided by PyCrypto。这与 Javascript 实现兼容吗？我不知道他们在做什么。
• 字符串是 base64 编码的。问题不大。
• 一般填充。密码和加密字符串。

对于密码，他们这样做：

for (var i=0; i<nBytes; i++) {
    pwBytes[i] = isNaN(password.charCodeAt(i)) ? 0 : password.charCodeAt(i);
}

然后我在 python 中做了这个

l = 32
key = key + (chr(0)*(l-len(key)%l))

但这并没有帮助。我仍然得到一个奇怪的字符串? A???B??d9= ,?h????'，代码如下

l = 32
key = 'myPassphrase'
key = key + (chr(0)*(l-len(key)%l))
ciphertext = "bQJdJ1F2Y0+uILADqEv+/SCDV1jAb7jwUBWk"
ctr = Counter.new(nbits=128)
encryptor = AES.new(key, AES.MODE_CTR, counter=ctr)
origtext = encryptor.decrypt(base64.b64decode(ciphertext))
print origtext

然后我阅读了有关 Javascript 实现的更多信息，它说

[...] 在这个实现中，初始块在前 8 个字节中保存随机数，在后 8 个字节中保存块计数。 [...]

我认为这可能是解决问题的关键。所以我测试了当我在 Javascript 中加密一个空字符串时会发生什么：

origtext = ""
var ciphertext =Aes.Ctr.encrypt(origtext, password, 256);
alert(ciphertext)

警告框显示/gEKb+N3Y08=（12 个字符）。但是为什么是12？不应该是 8+8 = 16Bytes 吗？好吧，无论如何，我通过使用for i in xrange(0,20): 和ciphertext[i:] 或base64.b64decode(ciphertext)[i:] 测试解密，在python 解密上尝试了bruteforce 方法。我知道这是一次非常尴尬的尝试，但我越来越绝望。而且也没用。

未来的前景也是以同样的方式实现加密。

附加信息

加密的字符串最初不是用this Javascript implementation加密的，它来自另一个来源。我刚刚认识到，Javascript 代码做了正确的事情。所以我确认这种实现有点像“标准”。

问题

我能做什么，用 PyCrypto 加密和解密字符串与 Javascript 实现中的一样，这样我就可以在 Javascript 和 Python 之间交换数据？ 如果您可以建议另一个，我也会切换到 python 中的另一个加密库。 此外，我对任何类型的提示和反馈都很满意。

我认为，一切都归结为如何将随机数和块计数包含到加密字符串中？和如何提取此信息进行解密？

Answer 1

我们仍然在这里处理一堆问题。

如何提取随机数和计数器进行解密？

这很容易。在 Javascript 实现中（不遵循特定的 在这方面的标准）8 字节随机数被添加到加密结果之前。 在 Python 中，您可以使用以下命令提取它：

import base64
from_js_bin = base64.decode(from_js)
nonce = from_js_bin[:8]
ciphertext = from_js_bin[8:]

from_js 是您收到的二进制字符串。

无法提取计数器，因为 JS 实现不传输它。 但是，初始值是（通常情况下）0。

如何在 Python 中使用 nonce 和 counter 解密字符串？

首先，必须确定如何组合 nonce 和 counter 以获得 counter 块。 似乎JS实现遵循NIST 800-38A standard，其中 左半边是随机数，右半边是计数器。更准确地说，计数器 采用大端格式（LSB 是最右边的字节）。这也是维基百科显示的： .

不幸的是，CTR 模式在 PyCrypto 中的记录很差（well-known problem）。 基本上，counter 参数必须是返回的 callable 对象 对于每个后续调用，正确的 16 字节（用于 AES）计数器块。 Crypto.Util.Counter 会这样做，但以一种晦涩的方式。

不过，它仅用于性能目的。您可以像这样轻松地自己实现它：

from Crypto.Cipher import AES
import struct

class MyCounter:

  def __init__(self, nonce):
    """Initialize the counter object.

    @nonce      An 8 byte binary string.
    """
    assert(len(nonce)==8)
    self.nonce = nonce
    self.cnt = 0

  def __call__(self):
    """Return the next 16 byte counter, as binary string."""
    righthalf = struct.pack('>Q',self.cnt)
    self.cnt += 1
    return self.nonce + righthalf

cipher_ctr = AES.new(key, mode=AES.MODE_CTR, counter=MyCounter(nonce))
plaintext = cipher_ctr.decrypt(ciphertext)

AES 的密钥有多长？

AES-128 的密钥长度为 16 个字节。 AES-192 的密钥长度为 24 字节。 AES-256 的密钥长度为 32 字节。 每种算法都不同，但大部分实现是共享的。 在所有情况下，该算法都对 16 字节的数据块进行操作。 为简单起见，请坚持使用 AES-128 (nBits=128)。

你的代码可以工作吗？

我感觉不会，因为您计算 AES 密钥的方式似乎不正确。 JS 代码以 UTF-8 对密码进行编码，并自行加密。 结果是实际的密钥材料。它是 16 字节长，因此对于 AES-192 和 -256，实现会在后面复制它的一部分。此外，明文在加密前也是 UTF-8 编码的。

一般来说，我建议你采用这种方法：

1. 让您的 JS 实现可重现（现在加密取决于当前时间，它经常变化 ;-)）。
2. 在每一步打印键和数据的值（或使用调试器）。
3. 尝试在 Python 中重现相同的算法，并将值也打印出来。
4. 调查它们开始不同的地方。

在 Python 中复制加密算法后，解密应该很容易。