使用 C 中的 openssl 库进行简单的 AES 加密解密答案

【问题标题】：Simple AES encryption decryption with openssl library in C使用 C 中的 openssl 库进行简单的 AES 加密解密
【发布时间】：2013-11-22 06:34:42
【问题描述】：

我想加密一个包含少量字符串的结构然后解密它。我尝试了以下代码。原始代码是从网上找到的，它运行良好。我将它的输入更改为结构。以下是代码。

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

typedef struct ticket { /* test field */
int ticketId;
char username[20];
    char date[20];
} USR_TICKET;

// 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);

    /* input struct creation */
    size_t inputslength = sizeof(USR_TICKET);
    USR_TICKET ticket;
    ticket.ticketId = 1;
    time_t now = time(NULL);
    strftime(ticket.date, 20, "%Y-%m-%d", localtime(&now));
    strcpy(ticket.username, "ravinda");

    printf("Username - %s\n", ticket.username);
    printf("Ticket Id - %d\n", ticket.ticketId);
    printf("Date - %s\n", ticket.date);

    /* 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((unsigned char *)&ticket, 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((unsigned char *)&ticket, inputslength);

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

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

    USR_TICKET * dyc = (USR_TICKET *)dec_out;
    printf("Username - %s\n", dyc->username);
    printf("Ticket Id - %d\n", dyc->ticketId);
    printf("Date - %s\n", dyc->date);
    return 0;
}

问题是结构的前两个成员正确解密。之后数据被破坏。我在这里做错了什么？

【问题讨论】：

我将此作为 OpenSSL 中的错误提出 - 请参阅我的答案的编辑。普遍的共识是应该使用适当的EVP 例程而不是这些低级函数。
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。

标签： c encryption cryptography openssl aes

【解决方案1】：

至少我也认为在这里使用struct和sizeof(a_struct_type)不是一个好习惯。

struct USR_TICKET的实际二进制序列和sizeof的结果会根据不同的填充和字节对齐实现而有所不同。

这是测试结果。

1）首先，我下载了最新的openssl1.0.2c并构建它，并在OS X 10.10.3上用这个库在这里测试代码，代码工作正常。

2) 我尝试运行测试 5 次。每次，即使original 纯文本也会由于struct 的填充而改变（在我的操作系统上，每次都会改变最后4 个字节）。

3) 所以，struct 的相同输入产生不同的plain text，最终产生不同的密文。当用户尝试使用相同的密钥和 iv 加密相同的输入信息（此处为 raving, 1, 2015-6-25）时，用户可能会对不同的密文输出感到困惑。

4) 此外，只需更改 struct 内部定义，这将产生与描述 (3) 中相同的关注点。

typedef struct ticket { /* test field */
int ticketId;
char username[19]; // here try to change from 20 to 19
    char date[20]; // here try to change from 20 to other size
} USR_TICKET;

PS。一些输出来自上述描述（2），

输出1：

Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:
128
Username - ravinda
Ticket Id - 1
Date - 2015-06-25
original:   01 00 00 00 72 61 76 69 6E 64 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 32 30 31 35 2D 30 36 2D 32 35 00 00 00 00 00 00 58 BB 3A 50 
encrypt:    BA 32 86 CC 71 55 2F 73 ED A1 C9 DE 00 32 1A 20 D9 A5 16 52 8A CD F0 F7 38 04 76 38 5A 47 35 3B A3 07 97 41 C4 C2 05 53 74 93 91 26 7E DE 40 47 
decrypt:    01 00 00 00 72 61 76 69 6E 64 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 32 30 31 35 2D 30 36 2D 32 35 00 00 00 00 00 00 58 BB 3A 50 
Username - ravinda
Ticket Id - 1
Date - 2015-06-25

输出2：

Give a key length [only 128 or 192 or 256!]:
128
Username - ravinda
Ticket Id - 1
Date - 2015-06-25
original:   01 00 00 00 72 61 76 69 6E 64 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 32 30 31 35 2D 30 36 2D 32 35 00 00 00 00 00 00 58 0B 10 5A 
encrypt:    BE 60 0F FC 17 A3 42 4A 95 7C 39 DB BF 2C BA 59 42 DC 0C AD B2 20 76 6A 04 E3 DE 11 3E D0 AF 88 A5 B9 D2 25 D4 AE F0 B7 82 9F 13 39 80 39 61 9D 
decrypt:    01 00 00 00 72 61 76 69 6E 64 61 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 32 30 31 35 2D 30 36 2D 32 35 00 00 00 00 00 00 58 0B 10 5A 
Username - ravinda
Ticket Id - 1
Date - 2015-06-25

【讨论】：

【解决方案2】：

我几乎会说这是 OpenSSL 的问题。似乎当传递给AES_cbc_encrypt 的length 参数大于AES_BLOCK_SIZE 但不是其整数倍（即length mod AES_BLOCK_SIZE != 0）时，最后一个块使用initial IV 和而不是 CBC 模式的前一个密文块。

您可以通过以下两种方式之一解决此问题：

将您的结构复制到大小为AES_BLOCK_SIZE 的整数倍的缓冲区，或分两部分加密 - 完整块，然后是单个部分块。后者的优点是可以避免额外的内存使用，可以这样做：

size_t fullBlocks = inputslength - (inputslength % AES_BLOCK_SIZE);
size_t remainingBlock = inputslength - fullBlocks;

AES_cbc_encrypt((unsigned char *)&ticket, enc_out, fullBlocks, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);
AES_cbc_encrypt((unsigned char *)&ticket + fullBlocks, enc_out + fullBlocks, remainingBlock, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);

然后，您应该能够像目前一样解密，没有问题。但是值得注意的是，您应该将dec_out 声明为与enc_out 相同的大小，因为您当前在解密时超出了dec_out 缓冲区。

编辑：

我将此作为 OpenSSL 中的一个错误提出：https://rt.openssl.org/Ticket/Display.html?id=3182&user=guest&pass=guest，虽然对于这实际上是一个错误，还是只是（未记录的）未定义行为存在一些争论，但普遍的共识是应该使用 EVP 例程相反，而不是这些低级函数。

【讨论】：

【解决方案3】：

原始代码已为您完成填充。问题是您将错误的明文长度传递给 AES 函数。您应该将encslength（填充长度）传递给AES_cbc_encrypt。只需更改此行

AES_cbc_encrypt((unsigned char *)&ticket, enc_out, inputslength, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);

到

AES_cbc_encrypt((unsigned char *)&ticket, enc_out, encslength, &enc_key, iv_enc, AES_ENCRYPT);

这应该可以解决您的问题。

【讨论】：

当它的大小不是块大小的倍数时，按照您的指示进行操作会超出结构的末尾。
@Iridium 你是对的。他需要将票证复制到大小为encslength 的缓冲区以避免这种情况。
现在我很惊讶。我发布的代码是在运行 Ubuntu 12.04 的台式机上运行的。今天，我在运行 Ubuntu 10.04 的笔记本电脑上运行了相同的代码，并猜测什么解密工作正常，没有任何问题。现在我在想是什么原因造成的。
也许检查 OpenSSL 版本？

【解决方案4】：

问题可能出在您正在使用的结构中，主要是因为结构填充和成员大小。尝试序列化您的输入，它必须工作。以一种简单的方式，尝试分配一个 char 缓冲区并将您的结构内容一一复制到缓冲区并尝试加密该缓冲区，并在解密时也遵循相同的方法。在此发布您之后观察到的内容。我们必须能够对此做出更好的评论。

【讨论】：