使用单个 Cipher 对象或两个不同的对象进行解密和加密操作？答案

【问题标题】：Using a single Cipher object or two different objects for decrypt and encrypt operations?使用单个 Cipher 对象或两个不同的对象进行解密和加密操作？
【发布时间】：2016-05-04 02:57:11
【问题描述】：

如您所知，当我们想使用 Java Card 进行加密操作时，我们必须使用 Cipher 对象。我的问题实际上与效率有关。假设我想使用 AES 密钥进行一些加密和解密操作。

以下哪种策略更好？

定义两个不同的Cipher 对象并用一个键初始化它们，但模式不同（MODE_ENCRYPT 和MODE_DECRYPT）。然后对于每个操作，我只需要在正确的对象上调用doFinal() 方法。
定义单个Cipher 对象，并且每次在调用doFinal() 方法之前以适当的模式对对象进行init() 方法调用。

【问题讨论】：

标签： java cryptography javacard

【解决方案1】：

首先，根据Cipher.doFinal(...)的文档：

CBC 模式下的 AES、DES、三重 DES 和韩语 SEED 算法重置初始向量（IV）为0。初始向量（IV）可以重新初始化使用init(Key, byte, byte[], short, short) 方法。

这意味着如果你使用非零IV的AES-CBC，你必须在每个doFinal之后调用init，所以没有选择，真的。

现在让我们看看我在 NXP 的 J2E145 卡上进行的一些实际测量。

ALG_AES_BLOCK_128_CBC_NOPAD 和 ALG_AES_BLOCK_128_ECB_NOPAD 每个对象实例都需要 34 字节的 RAM 和 32 字节的持久内存。

关于时间消耗，有4种可能的情况：

情况一：同一个瞬态键：

key1 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES_TRANSIENT_DESELECT,
 KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
...
cipher.init(key1, Cipher.MODE_DECRYPT);
cipher.init(key1, Cipher.MODE_ENCRYPT);

结果：每个init(...)11 毫秒

情况2：不同的瞬态键：

key1 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES_TRANSIENT_DESELECT,
     KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
key2 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES_TRANSIENT_DESELECT,
     KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
...
cipher.init(key1, Cipher.MODE_DECRYPT);
cipher.init(key2, Cipher.MODE_ENCRYPT);

结果：每个init(...)18 毫秒

情况3：相同的持久键：

key1 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES,
 KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
...
cipher.init(key1, Cipher.MODE_DECRYPT);
cipher.init(key1, Cipher.MODE_ENCRYPT);

结果：每个init(...)12 毫秒

情况4：不同的持久键：

key1 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES,
     KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
key2 = (AESKey) KeyBuilder.buildKey(KeyBuilder.TYPE_AES,
     KeyBuilder.LENGTH_AES_128, false);
...
cipher.init(key1, Cipher.MODE_DECRYPT);
cipher.init(key2, Cipher.MODE_ENCRYPT);

结果：每个init(...)19 毫秒

结论： init 的速度非常快，与内存类型无关，因为 EEPROM 仅被读取并复制到 Cipher 实例的内部（瞬态）内存中。虽然我可以想象一些对时间消耗要求很高的情况，但 34 个 RAM 字节似乎太多了，无法支付 20ms。当然，您的平台上的确切结果可能会有所不同，但权衡效率或多或少会保持不变。

【讨论】：

好 erfforts 选择确切的时间 vojta！尽管如此，如果您使用 IV=0，您仍然可以从持久密钥数据中受益。我认为这是一个有效的案例......
我想知道这是否只是你代码行中的一个错字，总是只有一个cipher 而不是cipher1； cipher2?
@PaulBastian 是的，但是你只能获得大约 20 毫秒的时间......这对于 34 字节的 RAM 来说足够了吗？我不这么认为......
@EbraHim 正如 Paul 所说，这取决于您的偏好......但是，RSA 需要比 AES 更多的 RAM，因此只需一个 Cipher 实例似乎是合理的。
@mjaggard 这是一个 Java Card 问题。当然，在限制较少的平台上情况就完全不同了。

【解决方案2】：

这取决于您是在处理持久密钥材料还是临时密钥材料。
如果您有永久密钥材料：

选项 1 需要更多 EEPROM，但您可以显着延长时间，因为在生成或导入密钥材料时只调用一次 init()。
因此选项 2 不可取

如果您有临时密钥材料：

选项 1 需要更多 EEPROM，而且时间提升几乎不存在，因为无论如何您都需要调用 init()。我在 2 年前进行了一些重大测试，如果我没记错的话，这两个选项之间没有或只有很小的性能差异
选项 2 需要更少的 EEPROM 并降低代码的复杂性，因此它是可取的

【讨论】：