Java 等效于 OpenSSL AES CBC 加密

Posted 2023-02-25

【中文标题】Java 等效于 OpenSSL AES CBC 加密

【英文标题】：Java equivalent of an OpenSSL AES CBC encryption

【发布时间】：2015-12-07 03:48:29

【问题描述】：

我不是密码学专业人士，特别是由于 OpenSSL 缺少很多文档，我不确定如何解决这个问题。

我有一个期望接收加密消息的外部系统。提供的唯一示例以这种方式使用 OpenSSL：

$ openssl enc -aes-256-cbc -a -in t.txt -k testpass
U2FsdGVkX1/RUdaSJKRXhHv3zUyTsQwu5/ar2ECKDlrNyH5GL4xRR4fgxkiWqkS1
cQstcoSIgWfRPSOFj/5OtdNLeNXiVR6MxSKJ+NvS9LyUD8+Rg6XIcYUvxR4gHi3w
DWT44LAMCpRAh1Q0t4Z2g7rwb0D05T6ygLaWvB5zD/xGZD3brTqSlWmiJb9Imgda
M6soZO7BhbYdqWqEUl5r6+EbkD21f6L3NX3hJFo+BJ+VFctiAlBO8NwT5l4ogo/s
GErm8gqRr57XoX/kvKAimg==

t.txt 文件在其中一行包含此字符串：

AMOUNT=10&TID=#19:23&CURRENCY=EUR&LANGUAGE=DE&SUCCESS_URL=http://some.url/sucess&ERROR_URL=http://some.url/error&CONFIRMATION_URL=http://some.url/confirm&NAME=customer full name`

我找到了this 其他问题，我已经能够使用以下代码进行加密：

String password = "passPhrase";
String salt = "15charRandomSalt";
int iterations = 100;

/* Derive the key, given password and salt. */
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256");
KeySpec spec = new PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt.getBytes(Charset.forName("UTF8")), iterations, 256);
SecretKey tmp = factory.generateSecret(spec);
SecretKey secret = new SecretKeySpec(tmp.getEncoded(), "AES");

/* Encrypt the message. */
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secret);
AlgorithmParameters params = cipher.getParameters();
byte[] iv = params.getParameterSpec(IvParameterSpec.class).getIV();
byte[] cipherText = cipher.doFinal(toBeEncrypted.getBytes("UTF-8"));
encryptedData = Base64.getEncoder().encodeToString(cipherText);
encryptedData += Base64.getEncoder().encodeToString(iv);

我无法理解的是我应该如何生成与 OpenSSL 类似的输出（加密数据）。我有盐、iv 和 cipherText，OpenSSL 输出 Base64 编码结果是这些连接的结果吗？还是只有其中一个？

在加密之前我与其他系统共享的唯一内容是密码短语。如果他们不知道盐和迭代次数，他们如何解密结果？

谁能回答那些未知参数，并告诉我上面的代码是否相当于OpenSSL过程？

【问题讨论】：

OpenSSL commandline enc 默认执行 PBE，但您可以使用 -K（必须为大写）和 -iv（如果适用）进行“原始”加密，请参见手册页。 OpenSSL 库分别提供密码和 PBKDF，程序可以根据需要使用。

此外，如果您（可以）使用BouncyCastle.org 第三方提供商，它已经为每个 PBEWITHMD5AND128,192,256BITAES-CBC-OPENSSL 编写了 JCA 密钥工厂和密码。你仍然需要做文件头和base64。

我不需要做的是改变 OpenSSL 进程。我实际上必须在 java 中重建相同的过程。我会看看 BouncyCastle.org API。

@momnag 如果您可以添加文件 t.txt，我们可以确定加密是如何工作的。

@JonathanRosenne 使用示例加密的数据和结果更新了问题。

【参考方案1】：

您可以查看this discussion，将密钥生成算法指定为两个 MD5 哈希的串联。

关于那里提到的盐，opensssl enc man page 说：

当使用 salt 时，加密后的前 8 个字节 数据是为盐保留的：它是随机生成的 加密文件并从加密文件中读取 解密。

【讨论】：

在生成密钥和IV（用于CBC）并用它们加密明文之后，-abase64 对密文进行编码。

密钥生成算法需要自己写吗？我刚刚添加了一段代码来提问，它可能应该正确地完成所有加密过程，但是我缺少的是如何用盐、IV 和密文构建 base64 编码输出。

【参考方案2】：

以下是解密上述OPENSSL加密的Java程序（需要Java 8）：

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.security.MessageDigest;
import java.util.Arrays;
import java.util.Base64;
import java.util.Base64.Decoder;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class TestAesDecrypt 

    public static void main(final String[] args) throws Exception 
        final byte[] pass = "testpass".getBytes(StandardCharsets.US_ASCII);
        final byte[] magic = "Salted__".getBytes(StandardCharsets.US_ASCII);
        final String inFile = "e:/t/e.txt";

        String source = new String(Files.readAllBytes(Paths.get(inFile)),
                StandardCharsets.US_ASCII);
        source = source.replaceAll("\\s", "");
        final Decoder decoder = Base64.getDecoder();
        final byte[] inBytes = decoder.decode(source);

        final byte[] shouldBeMagic = Arrays.copyOfRange(inBytes, 0,
                magic.length);
        if (!Arrays.equals(shouldBeMagic, magic)) 
            System.out.println("Bad magic number");
            return;
        

        final byte[] salt = Arrays.copyOfRange(inBytes, magic.length,
                magic.length + 8);

        final byte[] passAndSalt = concat(pass, salt);

        byte[] hash = new byte[0];
        byte[] keyAndIv = new byte[0];
        for (int i = 0; i < 3; i++) 
            final byte[] data = concat(hash, passAndSalt);
            final MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            hash = md.digest(data);
            keyAndIv = concat(keyAndIv, hash);
        

        final byte[] keyValue = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 0, 32);
        final byte[] iv = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 32, 48);
        final Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
        final SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyValue, "AES");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(iv));
        final byte[] clear = cipher.doFinal(inBytes, 16, inBytes.length - 16);
        final String clearText = new String(clear, StandardCharsets.ISO_8859_1);
        System.out.println(clearText);
    

    private static byte[] concat(final byte[] a, final byte[] b) 
        final byte[] c = new byte[a.length + b.length];
        System.arraycopy(a, 0, c, 0, a.length);
        System.arraycopy(b, 0, c, a.length, b.length);
        return c;
    

【讨论】：

我实际上是在寻找 Java 中的加密（等效于 openSSL），但根据您的回答，我能够生成该过程，因此我将其标记为答案。

@mohamnag - 我不认为你会考虑分享你的加密代码？我发现了一些其他较旧的实现，但将其作为答案的一部分会很方便。

@Robert 我的代码的问题在于它是专门为非常有限的输入类型而设计的，无论如何它后来被第 3 方提供的库所取代。我认为加密代码应该经过彻底的测试，因此分享一半使用过的代码可能不是一个好主意

您好，我使用上述加密方法将加密数据重定向到java中的文件。密码是“testpass”。但是当我使用 openssl 命令解密它时，我得到“坏幻数”错误。这里是命令：“openssl aes-256-cbc -d -in input.crypt -out output.txt -k testpass” 如果命令错误，请提出建议。我对如何在命令中添加盐也有点困惑。

【参考方案3】：

这个问题有一个已被接受的答案，但它有点老了，但这似乎是一次又一次出现的问题。我有 2 个项目，我们与第 3 方通信，密码是带有预共享密钥的 OpenSSL AES。

我使用了 not-yet-common-ssl 库。然而，它似乎停留在 0.3.x 版本，近 2 年没有发布，没有任何邮件列表流量或可见的开发，我不得不得出结论，这基本上已经死了。

基于一些额外的 *** 问题，我确实发现了 Spring Security 和 Encryptor4j 两者似乎都提供了一些合理打包的文本编码。然而，试图让 Spring Security 的加密器对已知的编码文本字符串进行解码对我来说失败了，我猜 OpenSSL 使用的 IV 和密钥生成在提供的实现中根本不支持。

通过检查上面的代码以及已知的 C# 和 php 实现，我能够提出一个实用程序类，该类目前正在通过我的互操作性测试。一般来说，我更喜欢使用一个已知的库，但如果有的话，我一直无法找到它。类（https://gist.github.com/rrsIPOV/4d0f6be7c58173c16e9edf9f97c7d7f2）如下：

import groovy.transform.CompileStatic;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.SecureRandom;
import static java.nio.charset.StandardCharsets.*

/**
* Mimics the OpenSSL AES Cipher options for encrypting and decrypting messages using a shared key (aka password) with symetric ciphers.
*/
@CompileStatic
class OpenSslAes 

/** OpenSSL's magic initial bytes. */
private static final String SALTED_STR = "Salted__";
private static final byte[] SALTED_MAGIC = SALTED_STR.getBytes(US_ASCII);


static String encryptAndURLEncode(String password, String clearText) 
    String encrypted = encrypt(password, clearText);
    return URLEncoder.encode(encrypted, UTF_8.name() );


/**
 *
 * @param password  The password / key to encrypt with.
 * @param data      The data to encrypt
 * @return  A base64 encoded string containing the encrypted data.
 */
static String encrypt(String password, String clearText) 
    final byte[] pass = password.getBytes(US_ASCII);
    final byte[] salt = (new SecureRandom()).generateSeed(8);
    final byte[] inBytes = clearText.getBytes(UTF_8);

    final byte[] passAndSalt = array_concat(pass, salt);
    byte[] hash = new byte[0];
    byte[] keyAndIv = new byte[0];
    for (int i = 0; i < 3 && keyAndIv.length < 48; i++) 
        final byte[] hashData = array_concat(hash, passAndSalt);
        final MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        hash = md.digest(hashData);
        keyAndIv = array_concat(keyAndIv, hash);
    

    final byte[] keyValue = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 0, 32);
    final byte[] iv = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 32, 48);
    final SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyValue, "AES");

    final Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(iv));
    byte[] data = cipher.doFinal(inBytes);
    data =  array_concat(array_concat(SALTED_MAGIC, salt), data);
    return Base64.getEncoder().encodeToString( data );


/**
 * @see http://***.com/questions/32508961/java-equivalent-of-an-openssl-aes-cbc-encryption  for what looks like a useful answer.  The not-yet-commons-ssl also has an implementation
 * @param password
 * @param source The encrypted data
 * @return
 */
static String decrypt(String password, String source) 
    final byte[] pass = password.getBytes(US_ASCII);

    final byte[] inBytes = Base64.getDecoder().decode(source);

    final byte[] shouldBeMagic = Arrays.copyOfRange(inBytes, 0, SALTED_MAGIC.length);
    if (!Arrays.equals(shouldBeMagic, SALTED_MAGIC)) 
        throw new IllegalArgumentException("Initial bytes from input do not match OpenSSL SALTED_MAGIC salt value.");
    

    final byte[] salt = Arrays.copyOfRange(inBytes, SALTED_MAGIC.length, SALTED_MAGIC.length + 8);

    final byte[] passAndSalt = array_concat(pass, salt);

    byte[] hash = new byte[0];
    byte[] keyAndIv = new byte[0];
    for (int i = 0; i < 3 && keyAndIv.length < 48; i++) 
        final byte[] hashData = array_concat(hash, passAndSalt);
        final MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        hash = md.digest(hashData);
        keyAndIv = array_concat(keyAndIv, hash);
    

    final byte[] keyValue = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 0, 32);
    final SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(keyValue, "AES");

    final byte[] iv = Arrays.copyOfRange(keyAndIv, 32, 48);

    final Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(iv));
    final byte[] clear = cipher.doFinal(inBytes, 16, inBytes.length - 16);
    return new String(clear, UTF_8);



private static byte[] array_concat(final byte[] a, final byte[] b) 
    final byte[] c = new byte[a.length + b.length];
    System.arraycopy(a, 0, c, 0, a.length);
    System.arraycopy(b, 0, c, a.length, b.length);
    return c;

【讨论】：

感谢您提供完整的解决方案。这非常有帮助。我不得不将它降级到 java 7，因此 Base64 的东西被转换为用户来自***.com/questions/14413169/… 的答案。这将对使用旧版 Java 的其他人有所帮助

您的代码非常有用。我复制了您的代码并对其进行了增强以支持 ECB 模式、128 位和 256 位 AES，有和没有 PBKDF2，它可以在此处获得：gist.github.com/thiamteck/798343b9e4a5d7df748746d995eba53e

【参考方案4】：

此时openssl版本1.1.0f-3需要一个摘要函数SHA-256。没有这个就无法解码。