如何从 AES 加密字符串添加/删除 PKCS7 填充？

Question

我正在尝试使用 128 位 AES 加密 (ECB) 来加密/解密字符串。我想知道如何添加/删除 PKCS7 填充。看起来 Mcrypt 扩展可以处理加密/解密，但必须手动添加/删除填充。

有什么想法吗？

Answer 1

让我们来看看。 RFC 5652（加密消息语法）中描述了 PKCS #7。

填充方案本身在 6.3 节中给出。内容加密过程。它本质上是说：根据需要附加许多字节来填充给定的块大小（但至少一个），并且每个字节都应该将填充长度作为值。

因此，查看最后一个解密的字节我们就知道要去掉多少字节。 （还可以检查它们是否都具有相同的值。）

我现在可以为您提供一对 PHP 函数来执行此操作，但我的 PHP 有点生疏。因此，要么自己执行此操作（然后随意编辑我的答案以添加它），要么查看 用户贡献的注释到 mcrypt 文档 - 其中相当一部分是关于填充的，并提供了 PKCS #7 填充的实现。

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因此，让我们看一下第一个注释详细信息：

<?php

function encrypt($str, $key)
 {
     $block = mcrypt_get_block_size('des', 'ecb');

这获取所使用算法的块大小。在您的情况下，我想您将使用 aes 或 rijndael_128 而不是 des （我没有测试它）。 （相反，对于 AES，您可以在此处简单地采用 16，而不是调用该函数。）

     $pad = $block - (strlen($str) % $block);

这将计算填充大小。 strlen($str) 是数据长度（以字节为单位），% $block 给出对 $block 取模的余数，即最后一个块中的数据字节数。 $block - ... 因此给出了填充最后一个块所需的字节数（现在是 1 和 $block 之间的数字） ，包含）。

     $str .= str_repeat(chr($pad), $pad);

str_repeat 生成一个字符串，其中包含重复相同的字符串，这里重复 由 给出的字符 $pad，$pad次，即长度为$pad的字符串，用$pad填充。
$str .= ... 将此填充字符串附加到原始数据。

     return mcrypt_encrypt(MCRYPT_DES, $key, $str, MCRYPT_MODE_ECB);

这是加密本身。使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128 而不是 MCRYPT_DES。

 }

现在另一个方向：

 function decrypt($str, $key)
 {   
     $str = mcrypt_decrypt(MCRYPT_DES, $key, $str, MCRYPT_MODE_ECB);

解密。 （您当然会更改算法，如上所述）。 $str 现在是解密的字符串，包括填充。

     $block = mcrypt_get_block_size('des', 'ecb');

这又是块大小。 （见上文。）

     $pad = ord($str[($len = strlen($str)) - 1]);

这看起来有点奇怪。最好分多个步骤编写：

    $len = strlen($str);
    $pad = ord($str[$len-1]);

$len 现在是填充字符串的长度，而 $str[$len - 1] 是该字符串的最后一个字符。 ord 将其转换为数字。因此 $pad 是我们之前用作填充填充值的数字，这就是填充长度。

     return substr($str, 0, strlen($str) - $pad);

所以现在我们从字符串中切掉最后的 $pad 字节。 （除了 strlen($str)，我们也可以在这里编写 $len：substr($str, 0, $len - $pad) .)。

 }

?>

请注意，除了使用 substr($str, $len - $pad) 之外，还可以编写 substr($str, -$pad)，如 PHP 中的 substr 函数对负操作数/参数有特殊处理，从字符串末尾开始计数。 （我不知道这是否比先获取长度并手动计算索引效率更高或更低。）

正如前面所说和rossum在评论中指出的，您应该像这里那样简单地剥离填充，而应该这样做检查它是否正确 - 即查看 substr($str, $len - $pad)，并检查其所有字节是否都是 chr($pad)。这可以作为针对损坏的轻微检查（尽管如果您使用链接模式而不是 ECB，则此检查更有效，并且不能替代真正的 MAC）。

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（不过，请告诉您的客户，他们应该考虑更改为比欧洲央行更安全的模式。）

Answer 2

我创建了两种方法来执行填充和取消填充。这些函数使用 phpdoc 进行记录，并且需要 PHP 5。您会注意到 unpad 函数包含大量异常处理，为每个可能的错误生成不少于 4 条不同的消息。

要获取 PHP mcrypt 的块大小，您可以使用 mcrypt_get_block_size，它还将块大小定义为以字节为单位而不是位。

/**
 * Right-pads the data string with 1 to n bytes according to PKCS#7,
 * where n is the block size.
 * The size of the result is x times n, where x is at least 1.
 * 
 * The version of PKCS#7 padding used is the one defined in RFC 5652 chapter 6.3.
 * This padding is identical to PKCS#5 padding for 8 byte block ciphers such as DES.
 *
 * @param string $plaintext the plaintext encoded as a string containing bytes
 * @param integer $blocksize the block size of the cipher in bytes
 * @return string the padded plaintext
 */
function pkcs7pad($plaintext, $blocksize)
{
    $padsize = $blocksize - (strlen($plaintext) % $blocksize);
    return $plaintext . str_repeat(chr($padsize), $padsize);
}

/**
 * Validates and unpads the padded plaintext according to PKCS#7.
 * The resulting plaintext will be 1 to n bytes smaller depending on the amount of padding,
 * where n is the block size.
 *
 * The user is required to make sure that plaintext and padding oracles do not apply,
 * for instance by providing integrity and authenticity to the IV and ciphertext using a HMAC.
 *
 * Note that errors during uppadding may occur if the integrity of the ciphertext
 * is not validated or if the key is incorrect. A wrong key, IV or ciphertext may all
 * lead to errors within this method.
 *
 * The version of PKCS#7 padding used is the one defined in RFC 5652 chapter 6.3.
 * This padding is identical to PKCS#5 padding for 8 byte block ciphers such as DES.
 *
 * @param string padded the padded plaintext encoded as a string containing bytes
 * @param integer $blocksize the block size of the cipher in bytes
 * @return string the unpadded plaintext
 * @throws Exception if the unpadding failed
 */
function pkcs7unpad($padded, $blocksize)
{
    $l = strlen($padded);

    if ($l % $blocksize != 0) 
    {
        throw new Exception("Padded plaintext cannot be divided by the block size");
    }

    $padsize = ord($padded[$l - 1]);

    if ($padsize === 0)
    {
        throw new Exception("Zero padding found instead of PKCS#7 padding");
    }    

    if ($padsize > $blocksize)
    {
        throw new Exception("Incorrect amount of PKCS#7 padding for blocksize");
    }

    // check the correctness of the padding bytes by counting the occurance
    $padding = substr($padded, -1 * $padsize);
    if (substr_count($padding, chr($padsize)) != $padsize)
    {
        throw new Exception("Invalid PKCS#7 padding encountered");
    }

    return substr($padded, 0, $l - $padsize);
}

这不会以任何方式使 Paŭlo Ebermann 的答案无效，它在代码和代码中的答案基本上相同。 phpdoc 而不是描述。

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请注意，向攻击者返回填充错误可能会导致填充预言机攻击，从而完全破坏 CBC（当使用 CBC 代替 ECB 或安全认证密码时）。

Answer 3

解密数据后调用以下函数即可

function removePadding($decryptedText){
    $strPad = ord($decryptedText[strlen($decryptedText)-1]);
    $decryptedText= substr($decryptedText, 0, -$strPad);
    return $decryptedText;
}