加密/解密失败

Question

我有一个助手 class AES 加密/解密一个字符串，它主要是Baeldung AES 加密示例中提供的代码的克隆

代码如下所示：

import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.KeySpec;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class CryptoHelper {

    private static final String CIPHER_ALGORITM_NAME = "AES/CBC/PKCS5Padding";
    private static final String HASHING_ALGO_NAME = "PBKDF2WithHmacSHA1";
    private static final int KEY_TARGET_LENGTH = 256;
    private static final int HASHING_ITERATIONS = 65536;

    public static SecretKey getSecretKey(String string, byte[] salt)
            throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeySpecException {

        KeySpec spec = new PBEKeySpec(string.toCharArray(), salt, HASHING_ITERATIONS, KEY_TARGET_LENGTH);

        try {
            SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(HASHING_ALGO_NAME);
            SecretKey encryptedPassword = new SecretKeySpec(keyFactory.generateSecret(spec).getEncoded(), "AES");
            return encryptedPassword;
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
            throw e;
        }

    }

    public static IvParameterSpec getInitializationVector() {
        byte[] iv = new byte[16];
        new SecureRandom().nextBytes(iv);
        return new IvParameterSpec(iv);
    }

    public static String encrypt(String input, String password, byte[] salt)
            throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException,
            InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITM_NAME);

        SecretKey secretKey = null;
        try {
            secretKey = getSecretKey(password, salt);
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
            // code
        }
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, getInitializationVector());
        byte[] cipherText = cipher.doFinal(input.getBytes());
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText);
    }

    public static String decrypt(String encryptedText, String password, byte[] salt)
            throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException,
            InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITM_NAME);
        SecretKey secretKey = null;
        try {
            secretKey = getSecretKey(password, salt);
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
            // code
        }
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, getInitializationVector());
        byte[] plainText = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedText));
        return new String(plainText);
    }
}

现在我用一个单元测试来测试这个，但是这个测试失败了

javax.crypto.BadPaddingException：给定的最终块未正确填充。 如果在解密过程中使用了错误的密钥，就会出现此类问题。

@Test
public void testDecrypt() {
    String encryptedString = "";
    String password = "password";

    try {
        encryptedString = CryptoHelper.encrypt("some string", password, password.getBytes());
    } catch (InvalidKeyException | NoSuchPaddingException | NoSuchAlgorithmException
            | InvalidAlgorithmParameterException | BadPaddingException | IllegalBlockSizeException e) {
        e.printStackTrace();
        assertNull(e);
    }

    try {
        CryptoHelper.decrypt(encryptedString, password, password.getBytes());
    } catch (InvalidKeyException | NoSuchPaddingException | NoSuchAlgorithmException
            | InvalidAlgorithmParameterException | BadPaddingException | IllegalBlockSizeException e) {
        // TODO Auto-generated catch block
        e.printStackTrace();
    }
}

这里有什么问题？

Answer 1

这是我尝试解决此问题并消除我在您的代码中注意到的其他安全问题的尝试。 很明显，您只是复制代码而没有理解其背后的基本概念。

首先，您需要区分加密和散列。

在密码学领域，散列的用途之一是以非明文形式存储用户密码。 这是可能的，因为 hash function 是单向函数，这意味着您不能从 hash 派生密码。通常在散列时，使用密码的盐。 Salt 应该是随机数据位，对于您创建的每个 hash 都是唯一的。 此外，在盐大小方面也有安全指南。 根据NIST ，我认为当前推荐的 salt 长度至少应为 32 位。

hashing_function(input, salt) -> hashed_input

使用对称加密时，您需要选择算法、模式和填充模式以及唯一的 IV 值。 在您的代码中，您选择了具有 CBC 模式和 PKCS5 填充的 AES 算法。 如果你重复使用一个 IV，你就会面临比使用唯一 IV 时更容易执行的攻击。 每次加密新序列时，都应该使用新的 IV 值。 例如，在加密一个文件或消息时，您将使用一个唯一的 IV 值，但是一旦您想要加密另一个文件或消息，您就应该使用一个新的 IV 值。 散列和加密之间的主要区别在于加密不是单向的 function，这意味着使用适当的密钥和 iv 您可以解密加密数据。

k - encryption key
iv - initialization vector
p - plaintext
c - ciphertext
E - encryption function
D - decryption function

=> E(p, k, iv) = c
=> D(c, k, iv) = p

您散列密码的原因是因为您想将文本密码转换为加密密钥。 这称为键拉伸。 您正在使用具有 65,536 次迭代的 HMAC-SHA1 的 PBKDF2 算法。 我认为当前的 NIST 建议是对 HMAC-SHA256 使用超过 70,000 次迭代。 请记住，这是一个建议，算法、迭代和其他参数的组合取决于您所需的安全级别。

在此示例中，单元测试失败的原因是您使用不同的 IV 值进行加密和解密。 一旦你解决了这个问题，你的测试就会通过。 但是，在您的代码中，您用于密码散列然后用作对称加密密钥的盐值不正确。 salt 应该是唯一的，并且在代码中截断了你，前提是你正在使用你自己的密码作为 salt 来散列你的密码。 本质上，你有这个： hashing_function(input, input) -> hashed_input ，在这种情况下输入是你的密码。

我会通过添加另一个名为getSalt()的方法来解决这个问题，我会通过向方法参数添加 IV 来更新加密和解密方法。

    public static byte[] getSalt() {
        byte[] salt = new byte[32];
        new SecureRandom().nextBytes(salt);
        return salt;
    }

    public static String encrypt(String input, String password, byte[] salt, IvParameterSpec iv)
            throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException,
            InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITM_NAME);

        SecretKey secretKey = null;
        try {
            secretKey = getSecretKey(password, salt);
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
            // code
        }
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
        byte[] cipherText = cipher.doFinal(input.getBytes());
        return Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText);
    }

    public static String decrypt(String encryptedText, String password, byte[] salt, IvParameterSpec iv)
            throws NoSuchPaddingException, NoSuchAlgorithmException, InvalidAlgorithmParameterException,
            InvalidKeyException, BadPaddingException, IllegalBlockSizeException {

        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITM_NAME);
        SecretKey secretKey = null;
        try {
            secretKey = getSecretKey(password, salt);
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
            // code
        }
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv);
        byte[] plainText = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encryptedText));
        return new String(plainText);
    }

然后我会像这样使用/测试你的代码：

@Test
public void testDecrypt() {
    String encryptedString;
    String decryptedString;
    String plaintext = "some string";
    String password = "password";
    byte[] salt = CryptoHelper.getSalt();
    IvParameterSpec iv = CryptoHelper.getInitializationVector();

    encryptedString = CryptoHelper.encrypt(plaintext, password, salt, iv);
    decryptedString = CryptoHelper.decrypt(encryptedString, password, salt, iv);

    assertEquals(plaintext,decryptedString)
}

最后，我会考虑从您的测试代码中删除 try-catch，因为它在当前形式下不提供任何值。 如果从被测试的代码中抛出异常，那么测试将失败，这通常是您希望发生的情况。 一种例外是当您的测试想要引发异常时。

Answer 2

在 Topaco 的评论的帮助下解决了上述问题。 而不是每次运行方法时都选择一个新的随机数：

public static IvParameterSpec getInitializationVector() {
    byte[] iv = new byte[16];
    new SecureRandom().nextBytes(iv);
    return new IvParameterSpec(iv);
}

我现在使用硬编码字节数组：

public static IvParameterSpec getInitializationVector() {
    byte[] iv = {1, 2, 3, ... 16};
    return new IvParameterSpec(iv);
}

请注意，此解决方案并不完全安全，因为 IV 是硬编码的并且可以从源代码中提取。 但是，我选择不将其传递给外部，因为我的应用程序不是很关键。 我是一个妥善的解决方案，随机数需要与 IvParameterSpec 一起返回。