如何使用 .net core 2 正确实施 AES 加密？

Question

出于某种原因，我被要求实施一些基本加密来保护传输到客户端的特定值（取决于客户端）。

上下文是：我们是生成加密密钥的人，我们将该加密密钥传递给客户端，客户端永远不必解密它（但我们必须在后端）

示例 => 我们将加密密钥“123ABCDE==”提供给客户端。客户端调用我们的 API 传递数据 + 加密密钥，例如：

{
"encKey": "123ABCDE==",
"payload": "somedatahere"
}

然后我们解密密钥，如果它与 DB 中的特定值匹配（同样，取决于客户端），我们继续进行一些其他操作。

所以，我决定使用 AES 加密。以下是我现在所拥有的。

关键信息的定义：

public class KeyInfo
{
    public byte[] Key { get; }
    public byte[] Iv { get; }
    
    public KeyInfo()
    {
        using (var myAes = Aes.Create())
        {
            Key = myAes.Key;
            Iv = myAes.IV;
        }
    }

    public KeyInfo(string key, string iv)
    {
        Key = Convert.FromBase64String(key);
        Iv = Convert.FromBase64String(iv);
    }
}

加密方式

 private static byte[] Encrypt_AES(string plainText, byte[] key, byte[] iv)
        {
            if (plainText == null || plainText.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(plainText));
            if (key == null || key.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(key));
            if (iv == null || iv.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(iv));
            byte[] encrypted;

            using (var aesAlgo = Aes.Create())
            {
                aesAlgo.Key = key;
                aesAlgo.IV = iv;
               
                var encryptor = aesAlgo.CreateEncryptor(aesAlgo.Key, aesAlgo.IV);
                using (var msEncrypt = new MemoryStream())
                {
                    using (var csEncrypt = new CryptoStream(msEncrypt, encryptor, CryptoStreamMode.Write))
                    {
                        using (var swEncrypt = new StreamWriter(csEncrypt))
                        {
                            swEncrypt.Write(plainText);
                        }

                        encrypted = msEncrypt.ToArray();
                    }
                }

            }

            return encrypted;
        }

解密方法：

private static string Decrypt_AES(byte[] cipherText, byte[] key, byte[] iv)
        {
            if (cipherText == null || cipherText.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(cipherText));
            if (key == null || key.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(key));
            if (iv == null || iv.Length <= 0)
                throw new ArgumentNullException(nameof(iv));

            string plaintext;
            using (var aesAlgo = Aes.Create())
            {
                aesAlgo.Key = key;
                aesAlgo.IV = iv;

                var decryptor = aesAlgo.CreateDecryptor(aesAlgo.Key, aesAlgo.IV);
                using (var msDecrypt = new MemoryStream(cipherText))
                {
                    using (var csDecrypt = new CryptoStream(msDecrypt, decryptor, CryptoStreamMode.Read))
                    {
                        using (var srDecrypt = new StreamReader(csDecrypt))
                        {
                            plaintext = srDecrypt.ReadToEnd();
                        }
                    }
                }
            }

            return plaintext;
        }
    }

存储在 appsettings.json 中的密钥和 IV：

"EncryptionKey": "myEncryptionKeyHere",
"EncryptionInitialVector": "myInitialVectorHere",

在 Satrtup.cs 中的注册

services.AddTransient(ec => new EncryptionService(new KeyInfo(appSettings.EncryptionKey, appSettings.EncryptionInitialVector)));

关于这一切我有几个问题。

• AES rh 是否适合我的需求？
• 这里的实现方式是否正确？
• 我应该将密钥和 IV 存储在哪里？ （不确定 appsettings.json 是否正常）
• 如何生成密钥和 IV？有相应的工具吗？

感谢阅读！

编辑：

您说“我们是生成加密密钥的人，我们通过 给客户端的加密密钥”——这是如何安全地进行的？

-> 客户必须连接到他的帐户才能访问encKey。

所以，阅读@vcsjones 的答案，AES 可能不是在这里实施的正确方法。由于我不想将 IV 存储在数据库中，如果客户端丢失它，这意味着他必须使用另一个 IV 生成另一个密钥，并在所有应用程序中更改 encKey。

非对称加密会更好吗？如果我理解正确，这意味着使用私钥加密值，将该加密值提供给客户端 + 公钥（每个客户端都相同？）

Answer 1

AES 是满足我需求的正确选择吗？

就其本身而言，不，它不是。 AES 是一种加密原语 - 一个构建块 - 而这些构建块本身通常没有用处。例如，对于 AES-CBC（您正在使用的模式），这目前容易受到 padding oracle attack 的攻击并且缺乏身份验证。当与提供身份验证的其他原语（如 HMAC）结合使用时，AES 可能是正确的选择。

解决此问题的最佳方法是处理原语的本来面目——那些不足以单独使用的原语。还有其他库，例如 libsodium，它们是更抽象的密码学概念，并提供“做正确的事”的简单 API。

您说“我们是生成加密密钥的人，我们将该加密密钥传递给客户端”——这如何安全地发生？

除非使用 libsodium 之类的东西，否则还有一些问题需要解决。

1. 密文没有认证（密码学中的“认证”有其自身的含义，不像登录认证）。

2. 初始化向量不应与同一个键多次使用。您似乎正在使用固定的 IV。你加密的每一件事都应该使用它自己的随机 IV。 IV不是秘密。但是，它应该与第 1 点中的密文一起进行身份验证。

我应该将密钥和 IV 存储在哪里？

IV，因为每个密文（加密输出）应该有一个 1:1 的它们应该与密文一起存储。解密时，调用者需要再次提供 IV。

钥匙是真正的秘密。安全地存储它们很重要。如果您将其存储在 appsettings.json 中，那么您的密钥的安全性与该 JSON 文件的安全性相同。云环境中更常见的方法是使用托管服务。 Azure 有 Azure Key Vault，AWS 有 KMS 和 Secret Manager。

如何生成 Key 和 IV ？有工具吗？

它们应该使用 CSPRNG 生成。例如，以编程方式执行此操作：

byte[] iv = new byte[128 / 8];
RandomNumberGenerator.Fill(iv);
//iv now contains random bytes

您可以执行相同的操作来生成密钥。