将整数（最多 2^48）安全加密为最短的 URL 安全字符串

Question

在我的 Django 应用程序中，我有分层 URL 结构：

webpage.com/property/PK/sub-property/PK/ 等等...

我不想暴露主键并造成漏洞。因此我是 将所有 PK 加密为所有模板和 URL 中的字符串。这是由this SO 用户编写的精彩库django-encrypted-id 完成的。 但是，该库最多支持 2^64 个长整数并产生 24 个字符输出（22 + 2 填充）。这会在我的嵌套结构中产生巨大的 URL。

因此，我想修补加密和解密功能并尝试缩短输出。这是原始代码（+我添加的填充处理）：

# Remove the padding after encode and add it on decode
PADDING = '=='

def encode(the_id):
    assert 0 <= the_id < 2 ** 64

    crc = binascii.crc32(bytes(the_id)) & 0xffffff

    message = struct.pack(b"<IQxxxx", crc, the_id)
    assert len(message) == 16

    cypher = AES.new(
        settings.SECRET_KEY[:24], AES.MODE_CBC,
        settings.SECRET_KEY[-16:]
    )

    return base64.urlsafe_b64encode(cypher.encrypt(message)).rstrip(PADDING)


def decode(e):
    if isinstance(e, basestring):
        e = bytes(e.encode("ascii"))

    try:
        e += str(PADDING)
        e = base64.urlsafe_b64decode(e)
    except (TypeError, AttributeError):
        raise ValueError("Failed to decrypt, invalid input.")

    for skey in getattr(settings, "SECRET_KEYS", [settings.SECRET_KEY]):
        cypher = AES.new(skey[:24], AES.MODE_CBC, skey[-16:])
        msg = cypher.decrypt(e)

        crc, the_id = struct.unpack("<IQxxxx", msg)

        if crc != binascii.crc32(bytes(the_id)) & 0xffffff:
            continue

        return the_id
    raise ValueError("Failed to decrypt, CRC never matched.")

# Lets test with big numbers
for x in range(100000000, 100000003):
    ekey = encode(x)
    pk =  decode(ekey)
    print "Pk: %s Ekey: %s" % (pk, ekey)

输出（我稍微改变了字符串，所以不要试图破解我：P）：

Pk: 100000000 Ekey: GNtOHji8rA42qfq3p5gNMI
Pk: 100000001 Ekey: tK6RcAZ2MrWmR3nB5qkQDe
Pk: 100000002 Ekey: a7VXIf8pEB6R7XvqwGQo6W

我尝试修改encode() 函数中的所有内容，但没有成功。生成的字符串的长度始终为 22。

这就是我想要的：

• 保持加密强度接近原始水平或至少不要大幅降低它
• 支持高达 2^48（~281 万亿）或 2^40 的整数，因为现在 2^64 太多了，我认为我们不会在数据库中拥有如此庞大的 PK。
• 我对 14-20 之间的字符串长度感到满意。如果它是 20.. 那么是的，它仍然少 2 个字符..

Answer 1

目前您正在使用带有静态 IV 的 CBC 模式，因此您拥有的代码无论如何都不安全，并且如您所说，会产生相当大的密文。

我建议从 CBC 模式切换到 CTR 模式，这样您就可以拥有可变长度的 IV。我认为，CTR 模式下 IV（或 nonce）的正常推荐长度是 12，但您可以根据需要将其向上或向下减小。 CTR 也是一种流密码，这意味着您输入的内容就是您在大小方面得到的内容。使用 AES，CBC 模式将始终以 16 个字节的块为您返回密文，因此即使您加密 6 个字节，您也会得到 16 个字节，因此不适合您。

如果您让您的 IV 说... 48 位长并且旨在加密不超过 48 位，您将能够生成 6 + 6 = 12 字节的原始输出，或者使用 base64，（4* (12/3)) = 16 字节。通过进一步减小 IV 和/或输入大小（2^40？），您将能够获得比这更低的输出。您可以在不损害安全性的情况下尽可能降低输入的可能值。

请记住，点击率确实存在缺陷。生成两个共享相同 IV 和密钥的密文意味着它们很容易被破解，因此请始终随机生成您的 IV（并且不要将其缩小太多）。