钛节点

安全篇之永强再次教你加解密：对称篇（二）

发表@2019-02-02 14:38:17

更新@2023-01-21 22:47:40

> “我们历经千辛万苦，摸打滚爬过数不清的错误，发射了不知道多少枚长征系列，耗费了一代航天人的心血，终于看到了地球与月亮通信的曙光，然后就在五分钟，我们惊讶地发现，原来老王的smartmesh技术早就实现了，甚至连地球文明与外形文明的通信都给出了完美的解决方案...” ------ 尼古拉斯\*永强

众所周知，作为精通各种技术表演的我早就已经不屑于采用ppt的方式吹牛了，一般我都是直接上机操作表演，当然了，程序都是提前写好了的，全是mock的假数据，脚本实现自动化，无论谁来操作都是流畅的，一切都是完美的！

作为一个追求完美的人，我还得继续接着吹上次聊到结尾，好像是遗留了两个问题：

- ecb、cfb、cbc等这些后缀是什么意思
- iv向量又是什么意思

鉴于DES和3DES已经属于不建议使用的方法了，所以这次我们直接用AES加密进行装逼表演，比如下面这坨代码，你们复制粘贴走运行一下：

```php
<?php
$ava_methods = openssl_get_cipher_methods();
// 选用aes-128-ecb
$my_method   = 'aes-128-ecb';
if ( !in_array( $my_method, $ava_methods ) ) { 
  exit( '错误的加密方法'.PHP_EOL );
}
// 加密用的密码
$key  = "1234567812345678";
// 加密的内容
$data = "12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo";
$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );
$hex = bin2hex( $enc_data );
echo $hex.' : '.strlen( $hex ).PHP_EOL;
```

我这里运行结果是：

> c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf : 96

分析一下上面代码：这次我们选用的加密方法是AES-128-ECB，这个128是什么意思？128就是密钥长度的意思，128bit；如果你留心的话，还会注意到有aes-192-ecb和aes-256-ecb，其实就是指加密密钥长度为192bit、256bit，然后是值得注意的一个地方是：
> $enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );

最后一个参数是OPENSSL_RAW_DATA，如果选用这个option的话，经过加密后的数据会是奇怪的二进制数据，无法直接通过文本方式查看，所以要看的话必须先使用bin2hex函数处理一下。

注意了哈，我选的这个密钥1234567812345678是有特殊用意的，这个密钥的长度是16字节也就是128bit，而我们选用的aes加密方法中要求的密钥长度就是128bit，那么我们尝试将密钥增加几位变成：1234567812345678abc，***然后其他代码不做任何改动***，再次执行加密，结果如下：

> c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf : 96

就是说用“1234567812345678”和“1234567812345678abc”加密后的数据都是一样的。

#### 看起来如果我们选用128bit密钥长度的话，一旦密钥长度超过128bit后面多余的部分会被直接无视掉～～～

然后我们再尝试将密钥“1234567812345678”缩短一个字节，改成“123456781234567”，其他地方代码不做任何改动，运行一波儿，结果如下：

> c202e5b1dc36c3147e50d02df7ab700cc202e5b1dc36c3147e50d02df7ab700cda89b056d926d3fea2e59ffc552b1d98 : 96

这次不行了，已经不一样了～

然后，我们将注意力放到明文和密文上来：

> 明文：
12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo
密文：c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf

仔细观察，有一个比较屌的地方，你们感受一下：

> c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533 | c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533 | d96aa42b59151a9e9b5925fc9d95adaf

![](https://ti-node.com/static/upload/6497323789523615745)

#### 卧槽，竟然有前两段是一样的！？？？卧槽。。。 。。。

仔细看了一把明文12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo，卧槽，好像：

> 12345678abcdxxoo | 
12345678abcdxxoo

难道说明文“12345678abcdxxoo”被密钥“1234567812345678”加密后后的密文就是“c1391e34caf38f8c2a477cbda3772533”？

#### 时机已然成熟了！是时候继续深入装逼了！为什么会出现这个结果？现在我们开始说“ecb、cfb、cbc等这些后缀是什么意思”。

你若有所思的猜测到：“难道说对称加密的时候，都是将明文先分块，然后再分别对分块加密？”，我欣慰地看着你说：“嗯，是的，肯定是，不然老子往下没法写了，我特么都快编不下去了...”

- DES和3DES会将明文以64bit（8字节）作为一个单元进行分组；
- AES则会将明文以128bit（16字节）作为一个单元进行分组；
- 无论是AES还是DES，当最后一个分组的数据长度不满足分组标准长度的时候，会用某种填充方式进行填充；
- AES对一个16字节分组加密完毕后，分组大小依然为16字节；DES也一样

比如说这段明文“12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo”，一共是32字节，理论上说就会被先按照16字节分组：“12345678abcdxxoo”是一组，剩下的“12345678abcdxxoo”是另外一组，我们用程序验证一下：

```php
<?php
$ava_methods = openssl_get_cipher_methods();
$my_method   = 'aes-128-ecb';
if ( !in_array( $my_method, $ava_methods ) ) { 
  exit( '错误的加密方法'.PHP_EOL );
}
$key  = "123456781234567";
// 注意！这段明文长度刚好为32字节！
$data = "12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo";
echo '明文长度：'.strlen( $data ).PHP_EOL;
$enc_data = openssl_encrypt( $data, $my_method, $key, OPENSSL_RAW_DATA );
echo '密文长度：'.strlen( $enc_data ).PHP_EOL;
```

注意明文长度我选择刚好为32字节。保存运行一下，至于你们那里是什么结果我不知道，反正我这里是这样的：

![](https://ti-node.com/static/upload/6497345251718463489)

我日，感觉被打脸了，为毛加密后多出了16字节？

我们将明文从32字节的“12345678abcdxxoo12345678abcdxxoo”修改成33字节的“12345678abcdxxoo12345678abcdxxooa”，这样的话，明文会被分成三个16字节的分组，由于最后一个分组只有一个字节，所以剩余15字节会被填充：

![](https://ti-node.com/static/upload/6497346338588459009)

似乎印证了我们一个猜测：当最后一个明文分组小于要求分组标准大小时，不会产生新的分组；当最后一个明文分组大于等于要求分组标准大小时，会产生一个新的分组。用图表示如下：

![](https://ti-node.com/static/upload/6497349908389953537)

### 注意：尚不能确定其他语言是否也是这样的，从理论上推测应该也是

那么说了这么多，总结一下：

> AES和DES以及3DES这种加密方式被称为分组密码，分组密码每次只能加密固定长度的明文，所以如果明文很长的话，就需要轮流为每个分组明文进行加密，AES的分组长度是128bit，而DES的分组长度为64bit；如果一旦需要对多个分组进行轮流加密，加入明文被分成了三个明文分组，那么就需要对三个明文进行迭代加密（粗暴理解就是轮流加密），然而会有很多种不同的迭代方式，这种不同的迭代方式专业名词就叫“模式”，这些模式有：ECB、CBC、OFB、CFB、CTR... ...

PS：⚠️对明文进行分组的方式是固定的，唯一不同的就是分组长度不一样而已；模式是指对多个明文从第一个开始轮流加密到最后一个的这个过程，是怎么轮流执行的。