AES 128 CTR 模式位移以创建计数器答案

【问题标题】：AES 128 CTR Mode Bit Shifting to Create CounterAES 128 CTR 模式位移以创建计数器
【发布时间】：2014-01-20 03:50:34
【问题描述】：

我可以访问一些我正在尝试将其转换为 VB.NET 的 VC++ 源代码。我之前问过一个关于位移的问题，虽然给出的答案是有道理的，而且转换到 VB.NET 似乎相当简单，但我很难解决问题。这是我需要转换为 VB.NET 的一些 VC++ 代码：

#define bitShift(_val) \
((u64)(((((u64)_val) & 0xff00000000000000ull) >> 56) | \
       ((((u64)_val) & 0x00ff000000000000ull) >> 40) | \
       ((((u64)_val) & 0x0000ff0000000000ull) >> 24) | \
       ((((u64)_val) & 0x000000ff00000000ull) >> 8 ) | \
       ((((u64)_val) & 0x00000000ff000000ull) << 8 ) | \
       ((((u64)_val) & 0x0000000000ff0000ull) << 24) | \
       ((((u64)_val) & 0x000000000000ff00ull) << 40) | \
       ((((u64)_val) & 0x00000000000000ffull) << 56)))

现在，返回值将用作 CTR 模式下 AES 解密的计数器。下面的VC++代码用于计算计数器：

u8 counter[16];

*(u64 *)(counter + 0) = bitShift(i);
*(u64 *)(counter + 8) = 0;

这是我目前使用 VB.NET 代码的地方：

Public Function SwapBits(ByVal value As Int64) As Int64
    Dim uvalue As UInt64 = CULng(value)
    Dim swapped As UInt64 = ((&HFF00000000000000UL) And (uvalue >> 56) Or _
                            (&HFF000000000000L) And (uvalue >> 40) Or _
                            (&HFF0000000000L) And (uvalue >> 24) Or _
                            (&HFF00000000L) And (uvalue >> 8) Or _
                            (&HFF000000UI) And (uvalue << 8) Or _
                            (&HFF0000) And (uvalue << 24) Or _
                            (&HFF00) And (uvalue << 40) Or _
                            (&HFF) And (uvalue << 56))

    Return CLng(swapped)
End Function

这是用于创建计数器的代码：

Dim blocks As Integer = file_size / 16

For i As Integer = 0 To blocks - 1
    Dim buffer As Byte() = New Byte(15) {}
    Array.Copy(BitConverter.GetBytes(SwapBits(CULng(i))), 0, buffer, 0, 8)

    'AES decryption takes place after this...

计数器为 16 个字节，但只有前 8 个字节使用 AES 128 位 EBC 加密，然后与当前加密的数据块（也是 16 个字节）进行异或运算（AES CTR 模式）。我可以让代码在没有任何错误的情况下运行，但是解密数据的输出不正确，这让我相信我没有正确计算用于加密的计数器。

再次感谢任何帮助，并提前致谢！

编辑：当前的 SwapBits 功能......虽然仍然不正确

Public Function SwapBits(ByVal uvalue As UInt64) As UInt64
    Dim swapped As UInt64 = ((((uvalue) And &HFF00000000000000) >> 56) Or _
                            (((uvalue) And &HFF000000000000) >> 40) Or _
                            (((uvalue) And &HFF0000000000) >> 24) Or _
                            (((uvalue) And &HFF00000000) >> 8) Or _
                            (((uvalue) And &HFF000000) << 8) Or _
                            (((uvalue) And &HFF0000) << 24) Or _
                            (((uvalue) And &HFF00) << 40) Or _
                            (((uvalue) And &HFF) << 56))

    Return swapped
End Function

这实际上会导致“算术运算导致溢出”。当 uvalue 达到 128 时出错。当将 1 的值传递给 SwapBits 时，我的返回值 = 72057594037927936。我对 VC++ 代码的解释是，我的计数器应该只是一个 16 字节数组，每次递增 1。例如，如果

uvalue = 1

那么我的计数器需要是

0000000100000000

如果

uvalue = 25

那么我的计数器需要是

0000002500000000

等等，等等……或者我在某处误解了什么？

【问题讨论】：

尝试用括号将每个 And 表达式组合在一起，因为这是 C++ 代码的编写方式。
@tinstaafl，仍然得到相同的错误输出。不过感谢您的建议。
另一件事我注意到 c++ 代码中的十六进制数字都是相同的，但是在 vb 代码中它们的转换方式不同。通过不将它们全部相同，它们将具有不同的位数。
仍然得到相同的结果。十六进制的前 16 个字节应为“00 00 00 52 45 17 AF E5 00 00 00 00 45 17 AF E5”，我得到“06 8E B4 6B 33 B7 7F E7 93 1A 45 E1 24 6C F5 01”。开始怀疑计数器是否实际上没有被错误地计算，并且可能还有其他问题。
再次查看您的代码，在我看来您的十六进制数字和 uvalue 向后。尝试移动十六进制数并与 uvlaue 进行 ANDing

标签： vb.net visual-c++ aes code-conversion aescryptoserviceprovider

【解决方案1】：

不确定您对 C++ 代码的期望。但是当我使用这个时：

#include <iostream>

using namespace std;

#define bitShift(_val) \
((unsigned __int64)(((((unsigned __int64)_val) & 0xff00000000000000ull) >> 56) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x00ff000000000000ull) >> 40) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x0000ff0000000000ull) >> 24) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x000000ff00000000ull) >> 8 ) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x00000000ff000000ull) << 8 ) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x0000000000ff0000ull) << 24) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x000000000000ff00ull) << 40) | \
       ((((unsigned __int64)_val) & 0x00000000000000ffull) << 56)))


int main()
{
    unsigned __int64 test = bitShift(25);
    return 0;
}

我得到完全相同的返回值（1801439850948198400 || &H1900000000000000）：

Dim result As ULong = SwapBits(25)

Public Function SwapBits(ByVal uvalue As UInt64) As UInt64
    Dim swapped As UInt64 = ((((uvalue) And &HFF00000000000000UL) >> 56) Or _
                            (((uvalue) And &HFF000000000000UL) >> 40) Or _
                            (((uvalue) And &HFF0000000000UL) >> 24) Or _
                            (((uvalue) And &HFF00000000UL) >> 8) Or _
                            (((uvalue) And &HFF000000UL) << 8) Or _
                            (((uvalue) And &HFF0000UL) << 24) Or _
                            (((uvalue) And &HFF00UL) << 40) Or _
                            (((uvalue) And &HFFUL) << 56))

    Return swapped
End Function

我在 C++ 方面没有太多经验，愿意分享这是在做什么：

u8 counter[16]; 
*(u64 *)(counter + 0) = bitShift(i); 
*(u64 *)(counter + 8) = 0;

基本上，该部分代码在每次迭代 0f i 时将计数器的前 8 个字节递增 1，从最右边的字节开始，每次结转时向左扩展。例如，如果计数器达到 999，counter[7] 将保持 231(&HE7) 和 counter[6] 3(&H3)，当你查看整个数组时，&H000000000003E7 等于 999 十进制。

【讨论】：

这似乎是在正确的轨道上，由于数据类型，每次在 for 循环中调用它时，很难识别计数器递增 1。但是，经过一些睡眠并且您在上面的帖子似乎是正确的。我在 C++ 方面没有太多经验，愿意分享这是在做什么：'u8 counter[16]; *(u64 *)(counter + 0) = bitShift(i); *(u64 *)(计数器 + 8) = 0;'
你有完整的 C++ 源代码的链接吗？那个 sn-p 太不完整了，有点像伪代码。
这里是整个函数pastebin.com/zY4uhtQ2的链接，它只是ECB模式下的AES加密/解密，带有一个计数器。 VB.NET 的问题是 CryptoServiceProvider 不支持 CTR 模式。计数器（8 个字节）是由我原始帖子中的 bitShift 函数计算的。加密数据被传递给解密函数（16 字节数据块），计算计数器，然后用密钥加密，然后每个加密字节与加密计数器的每个字节进行异或运算。我相信我的计数器是错误的，导致输出不正确。
@user3126746 我添加了解释。
虽然我没有得到正确的解密文本，但您所帮助的所有内容都已确定，因此我将接受您的回答并感谢您的帮助。当我执行 BitConverter.GetBytes(SwapBits(CULng(i))) where i = 999 时，我得到“00 00 00 00 00 00 03 E7”转换为十六进制作为输出，正如你所说的那样。所以问题显然出在其他地方。再次感谢您的帮助和耐心。

【解决方案2】：

有些东西告诉我，使用GetBytes 和ToUInt64() 方法、for 循环和临时变量可以更好地完成转换。它会更容易阅读，并且对于大多数用途来说可能足够快。

【讨论】：