AES (aes-cbc-128, aes-cbc-192, aes-cbc-256) 使用 openssl C 加密/解密

Posted 2023-02-25

【中文标题】AES (aes-cbc-128, aes-cbc-192, aes-cbc-256) 使用 openssl C 加密/解密

【英文标题】：AES (aes-cbc-128, aes-cbc-192, aes-cbc-256) encryption/decryption with openssl C

【发布时间】：2013-08-11 18:04:24

【问题描述】：

我只想使用以下 3 种模式从 openSSL 测试 AES：密钥长度为 128,192 和 256，但我的解密文本与我的输入不同，我不知道为什么。此外，当我传递一个巨大的输入长度（比如说 1024 字节）时，我的程序显示 core dumped... 我的输入总是相同的，但没关系，至少现在是这样。代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/aes.h>

int main(int argc, char **argv)

    int i;
    int keylength;
    printf("Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:\n");
    scanf("%d", &keylength);

    /* generate a key with a given length */
    unsigned char aes_key[keylength];
    memset(aes_key, 0, sizeof(aes_key));
    if (!RAND_bytes(aes_key, keylength))
    
        exit(-1);
    
    aes_key[keylength-1] = '\0';

    int inputslength;
    printf("Give an input's length:\n");
    scanf("%d", &inputslength);

    /* generate input with a given length */
    unsigned char aes_input[inputslength+1];
    memset(aes_input, '0', sizeof(aes_input));
    aes_input[inputslength] = '\0';

    /*printf("original:\t");
    for(i=0; i<inputslength; i++)
    
        printf("%c ", aes_input[i]);
    
    printf("\n");*/

    /* init vector */
    unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE];
    if (!RAND_bytes(iv, AES_BLOCK_SIZE))
    
        exit(-1);
    

    //printf("AES_BLOCK_SIZE = %d\n", AES_BLOCK_SIZE); // aes block size is 16 bytes = 128 bits
    AES_KEY enc_key, dec_key;
    unsigned char enc_out[AES_BLOCK_SIZE];
    unsigned char dec_out[AES_BLOCK_SIZE];

    // so i can do with this aes-cbc-128 aes-cbc-192 aes-cbc-256
    AES_set_encrypt_key(aes_key, keylength, &enc_key);
    AES_cbc_encrypt(aes_input, enc_out, inputslength, &enc_key, iv, AES_ENCRYPT);

    AES_set_decrypt_key(aes_key, keylength, &dec_key);
    AES_decrypt(enc_out, dec_out, &dec_key);

    printf("original:\t");
    for(i=0;*(aes_input+i)!=0x00;i++)
        printf("%X ",*(aes_input+i));
    printf("\nencrypted:\t");

    for(i=0;*(enc_out+i)!=0x00;i++)
        printf("%X ",*(enc_out+i));

    printf("\ndecrypted:\t");
    for(i=0;*(dec_out+i)!=0x00;i++)
        printf("%X ",*(dec_out+i));
    printf("\n");

    /*printf("\n\noriginal:\t");
    for(i=0; i<inputslength; i++)
    
        printf("%x ", dec_out[i]);
    
    printf("\n");*/


    return 0;

编辑：

当我将输出大小更改为 inputslength 而不是 AES_BLOCK_SIZE 时，我得到了结果：

Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:
128
Give an input's length:
5
original:       30 30 30 30 30 
encrypted:      94 56 50 7E 19 B2 1C CE 20 23 4A E7 10 AF DB E3 30 30 30 30 30 
decrypted:      E1 5F F4 3D E8 8D 91 19 CD 3E 22 1E AF 1C 8F 5A 94 56 50 7E 19 B2 1C CE 20 23 4A E7 10 AF DB E3 30 30 30 30 30

那么是否有可能存在输出大小和 iv 大小的问题？它们应该有什么尺寸（对于 AES-CBC-128、AES-CBC-192、AES-CBC-256）？

【问题讨论】：

旁注：您的 AES 密钥不必以空值结尾。它是一个随机的字节块；就这样。它没有任何空项，所以aes_key[keylength-1] = '\0' 毫无意义（除了它总是将你的密钥的最后一个字节（顺便说一下比它需要的大 8 倍）设置为零。）

@WhozCraig：谢谢，很高兴知道这一点。主要问题怎么样，你有什么想法吗？

很多。用于加密和解密的缓冲区大小远远不够接近。而且您需要一个通用的十六进制打印功能，而不是试图将这些东西视为字符数据。 它是二进制的。现在形成一个官方答案，但开始寻找那里。

你应该不使用AES_encrypt和朋友。您应该使用EVP_* 函数。请参阅 OpenSSL wiki 上的 EVP Symmetric Encryption and Decryption。事实上，您可能应该使用经过身份验证的加密，因为它提供 机密性和真实性。请参阅 OpenSSL wiki 上的 EVP Authenticated Encryption and Decryption。

【参考方案1】：

看看这个修改后的代码版本。请注意以下几点：

添加了 hex_print（次要） 添加了适当大小的密钥缓冲区（中等）。 添加了正确大小的输出加密缓冲区（它必须是块大小的倍数，如果原始源缓冲区是块大小的倍数，您仍然需要一个完整的填充块（有关详细信息，请参阅 PKCS 5 填充） . 加密和解密使用相同的 IV。 最后，AES_cbc_encrypt() 用于 加密和解密（参见调用中的最后一个参数）。

源代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/aes.h>
#include <openssl/rand.h>

// a simple hex-print routine. could be modified to print 16 bytes-per-line
static void hex_print(const void* pv, size_t len)

    const unsigned char * p = (const unsigned char*)pv;
    if (NULL == pv)
        printf("NULL");
    else
    
        size_t i = 0;
        for (; i<len;++i)
            printf("%02X ", *p++);
    
    printf("\n");


// main entrypoint
int main(int argc, char **argv)

    int keylength;
    printf("Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:\n");
    scanf("%d", &keylength);

    /* generate a key with a given length */
    unsigned char aes_key[keylength/8];
    memset(aes_key, 0, keylength/8);
    if (!RAND_bytes(aes_key, keylength/8))
        exit(-1);

    size_t inputslength = 0;
    printf("Give an input's length:\n");
    scanf("%lu", &inputslength);

    /* generate input with a given length */
    unsigned char aes_input[inputslength];
    memset(aes_input, 'X', inputslength);

    /* init vector */
    unsigned char iv_enc[AES_BLOCK_SIZE], iv_dec[AES_BLOCK_SIZE];
    RAND_bytes(iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);
    memcpy(iv_dec, iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);

    // buffers for encryption and decryption
    const size_t encslength = ((inputslength + AES_BLOCK_SIZE) / AES_BLOCK_SIZE) * AES_BLOCK_SIZE;
    unsigned char enc_out[encslength];
    unsigned char dec_out[inputslength];
    memset(enc_out, 0, sizeof(enc_out));
    memset(dec_out, 0, sizeof(dec_out));

    // so i can do with this aes-cbc-128 aes-cbc-192 aes-cbc-256
    AES_KEY enc_key, dec_key;
    AES_set_encrypt_key(aes_key, keylength, &enc_key);
    AES_cbc_encrypt(aes_input, enc_out, inputslength, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);

    AES_set_decrypt_key(aes_key, keylength, &dec_key);
    AES_cbc_encrypt(enc_out, dec_out, encslength, &dec_key, iv_dec, AES_DECRYPT);

    printf("original:\t");
    hex_print(aes_input, sizeof(aes_input));

    printf("encrypt:\t");
    hex_print(enc_out, sizeof(enc_out));

    printf("decrypt:\t");
    hex_print(dec_out, sizeof(dec_out));

    return 0;

测试输出

Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:
128
Give an input's length:
10
original:   58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 
encrypt:    A9 66 C5 24 A4 02 AB 96 08 65 F7 22 A5 FB BE 26 
decrypt:    58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 

第二次测试输出

Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:
128
Give an input's length:
10
original:   58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 
encrypt:    C2 47 6D B1 A1 68 29 53 55 74 C5 CC 3F 27 0A 3F 
decrypt:    58 58 58 58 58 58 58 58 58 58 

我真诚地希望这会有所帮助。

【讨论】：

抱歉打扰了，你说得对，现在一切都很好：）

我认为这段代码是错误的。我的测试用例：keylen=128，inputlen=100。你应该再测试一次。

@g10guang 如果你能描述你认为它应该做什么，它实际上在做什么，以及它们有何不同，我会对你为什么认为它是错误的感兴趣。它不是。它完全按照我的意图进行：生成一个随机密钥、一个随机 IV、加密一个填充有 'X' 字符的恒定数据块、解密相同的数据，并展示原始、加密和解密数据（原始数据和解密数据最好相同，并且它们是），使用十六进制转储作为输出。它可能没有按照你的想法做，这可能就是断开连接的地方。

【参考方案2】：

@WhozCraig：非常感谢您的帮助！它向我解释了很多！但是还有一个问题。我将静态数组更改为动态数组。当我这样做时，发生了一些错误。但它们只有在我给出一个巨大的输入大小时才会出现，看看 valgrind 输出：http://pastie.org/private/bzofrrtgrlzr0doyb3g。只有当我传递一个巨大的输入时才会发生错误，当我传递一个小尺寸（比如在你的例子中，10）它就可以了。其他一切都运行良好。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/aes.h>
#include <openssl/rand.h>

// a simple hex-print routine. could be modified to print 16 bytes-per-line
static void hex_print(const void* pv, size_t len)

    const unsigned char * p = (const unsigned char*)pv;
    if (NULL == pv)
        printf("NULL");
    else
    
        size_t i = 0;
        for (; i<len;++i)
            printf("%02X ", *p++);
    
    printf("\n");


// main entrypoint
int main(int argc, char **argv)

    size_t inputslength = 0;
    printf("Give an input's length:\n");
    scanf("%lu", &inputslength);

    int keylength;
    printf("Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:\n");
    scanf("%d", &keylength);


    //  generate a key with a given length
    unsigned char *aes_key = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (keylength/8));
    memset(aes_key, 0, keylength/8);
    RAND_bytes(aes_key, keylength/8);

    //  generate input with a given length
    unsigned char *aes_input = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (inputslength));
    memset(aes_input, 'X', sizeof(aes_input));

    // init vectors
    unsigned char *iv_enc = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (AES_BLOCK_SIZE));
    unsigned char *iv_dec = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (AES_BLOCK_SIZE));
    // iv_dec == iv_enc
    RAND_bytes(iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);
    memcpy(iv_dec, iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);

    // buffers for encryption and decryption
    const size_t length = (((inputslength + AES_BLOCK_SIZE) / AES_BLOCK_SIZE) * AES_BLOCK_SIZE);
    unsigned char *enc_out = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (length));
    unsigned char *dec_out = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (inputslength));

    // so i can do with this aes-cbc-128 aes-cbc-192 aes-cbc-256
    AES_KEY encKey, decKey;
    AES_set_encrypt_key(aes_key, keylength, &encKey);
    AES_cbc_encrypt(aes_input, enc_out, inputslength, &encKey, iv_enc, AES_ENCRYPT);

    AES_set_decrypt_key(aes_key, keylength, &decKey);
    AES_cbc_encrypt(enc_out, dec_out, length, &decKey, iv_dec, AES_DECRYPT);

    printf("original:\t");
    hex_print(aes_input, sizeof(aes_input));

    printf("encrypt:\t");
    hex_print(enc_out, sizeof(enc_out));

    printf("decrypt:\t");
    hex_print(dec_out, sizeof(dec_out));

    free(aes_key);
    aes_key = NULL;
    free(aes_input);
    aes_input = NULL;
    free(iv_enc);
    iv_enc = NULL;
    free(iv_dec);
    iv_dec = NULL;
    free(enc_out);
    enc_out = NULL;
    free(dec_out);
    dec_out = NULL;

    return 0;

编辑：

好的，我发布的上一个代码有问题，这是一个新代码，即使输入很大，也能正常工作。再次为帮助我而欢呼！:)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/aes.h>
#include <openssl/rand.h>

// a simple hex-print routine. could be modified to print 16 bytes-per-line
static void hex_print(const void* pv, size_t len)

    const unsigned char * p = (const unsigned char*)pv;
    if (NULL == pv)
        printf("NULL");
    else
    
        size_t i = 0;
        for (; i<len;++i)
            printf("%02X ", *p++);
    
    printf("\n");


// main entrypoint
int main(int argc, char **argv)

    int keylength;
    printf("Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:\n");
    scanf("%d", &keylength);

    /* generate a key with a given length */
    unsigned char *aes_key = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * (keylength/8));
    memset(aes_key, 0, keylength/8);
    if (!RAND_bytes(aes_key, keylength/8))
        exit(-1);

    size_t inputslength = 0;
    printf("Give an input's length:\n");
    scanf("%lu", &inputslength);

    /* generate input with a given length */
    unsigned char *aes_input = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) *inputslength);
    memset(aes_input, 'X', inputslength);

    /* init vector */
    unsigned char *iv_enc = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) *AES_BLOCK_SIZE), *iv_dec = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) *AES_BLOCK_SIZE);
    RAND_bytes(iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);
    memcpy(iv_dec, iv_enc, AES_BLOCK_SIZE);

    // buffers for encryption and decryption
    const size_t encslength = ((inputslength + AES_BLOCK_SIZE) / AES_BLOCK_SIZE) * AES_BLOCK_SIZE;
    unsigned char *enc_out = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) *encslength);
    unsigned char *dec_out = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) *inputslength);
    memset(enc_out, 0, sizeof(enc_out));
    memset(dec_out, 0, sizeof(dec_out));

    // so i can do with this aes-cbc-128 aes-cbc-192 aes-cbc-256
    AES_KEY enc_key, dec_key;
    AES_set_encrypt_key(aes_key, keylength, &enc_key);
    AES_cbc_encrypt(aes_input, enc_out, inputslength, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);

    AES_set_decrypt_key(aes_key, keylength, &dec_key);
    AES_cbc_encrypt(enc_out, dec_out, encslength, &dec_key, iv_dec, AES_DECRYPT);

    printf("original:\t");
    hex_print(aes_input, inputslength);

    printf("encrypt:\t");
    hex_print(enc_out, encslength);

    printf("decrypt:\t");
    hex_print(dec_out, inputslength);

    // free memory here

    return 0;

【讨论】：

再看一遍。 sizeof() 与指针而不是固定或可变数组一起使用时具有全新的含义。它变成指针的大小，不是分配给它的数据的大小。你所有的尺寸都应该是变量； 不是 sizeof(something)。解决这个问题，我敢打赌你最后的问题会消失。 （旁注：在常规 C 中编程时不要强制转换 malloc()。它可能会导致非常微妙的问题，尤其是在可移植性方面。C++ 需要它，但话又说回来，你不应该首先在 C++ 中使用 malloc() .) =P

再次非常感谢！这是工作示例：pastie.org/private/dtvmftozmru02webkzzq。我投了malloc，因为我的gcc告诉我-malloc我记得返回无效，对吗？当我用 C++ 编写时，我使用 new 和 delete，我知道我不应该在 C++ 中使用 malloc ;)

在 C 编程中转换 malloc() 有其自身的潜在缺陷。显然它在 C++ 中是必需的，但正如您所说，您使用 new 和 delete。在此站点上查找“casting malloc [c]”。这是一个相当有争议的问题。除此之外，很高兴你能正常运行。

感谢您的实施！！

@Puffin 不正确。最多必须有一个 full 填充块的空间。这就是 PKCS#5 填充的工作原理。在不考虑这种情况的情况下为您“工作”的任何事情都只是因为被加密的明文不是是 AES 块大小（16 字节）的精确倍数，因此是一个定时炸弹因为当那个案子最终出现时。 See PKCS5/7 padding here，特别是描述遇到精确块大小倍数时会发生什么的段落。