AES 256加密->更改初始化向量略微更改解密消息而不知道密钥

Question

我用一个AES加密/解密的例子做了以下观察，这对我来说是非常反直觉的。

我尝试在CBC模式下用AES加密和解密一个简单的有效负载。我的理解是，根据以下回答，初始化向量不必是秘密的：https://security.stackexchange.com/a/17046.在我看到的大多数例子中，初始化向量是加密负载的非随机部分。

但是通过改变初始化向量，我能够在加密过程中改变消息。

例如，请参阅我从https://stackoverflow.com/a/21928790/669561.复制和改编的python示例，我设置了一个硬编码的iv用于加密，并稍微调整了iv用于decrypt。通过此更改，我可以将消息从Hello world更改为Hello！世界".

import base64
import hashlib

from Crypto.Cipher import AES


class AESCipher(object):

    def __init__(self, key):
        self.bs = AES.block_size
        self.key = hashlib.sha256(key.encode()).digest()

    def encrypt(self, raw):
        raw = self._pad(raw)
        #iv = Random.new().read(AES.block_size)
        #                    | here is the difference to the iv from decrypt
        iv = b'\xe2\xe0l3H\xc42*N\xb0\x152\x98\x9cBh'
        cipher = AES.new(self.key, AES.MODE_CBC, iv)
        code = cipher.encrypt((raw.encode()))
        return base64.b64encode(iv + code)

    def decrypt(self, enc):
        enc = base64.b64decode(enc)
        #iv = enc[:AES.block_size]
        #                    | here is the difference to the iv from encrypt
        iv = b'\xe2\xe0l3H\xc52*N\xb0\x152\x98\x9cBh'
        cipher = AES.new(self.key, AES.MODE_CBC, iv)
        return self._unpad(cipher.decrypt(enc[AES.block_size:])).decode('utf-8')

    def _pad(self, s):
        return s + (self.bs - len(s) % self.bs) * chr(self.bs - len(s) % self.bs)

    @staticmethod
    def _unpad(s):
        return s[:-ord(s[len(s) - 1:])]


if __name__ == '__main__':
    text = "hello world"
    print(text) # -> "hello world"
    aes = AESCipher("F56hnXWaUWMh6ThQZ5l3mBg9zHFx6vQg")
    payload = aes.encrypt(text)
    print(aes.decrypt(payload)) # -> "hello!world"

这个简单例子的结果对我来说完全是反直觉的。似乎有人在中间可以采取有效载荷，改变iv轻微，这样做改变解密的消息，甚至不知道秘密密钥！

根据我的理解，仅仅通过更改初始化向量来更改加密消息的内容应该不那么容易。更改初始化向量将导致完全不同的结果！

我的思维有问题吗？

你能帮我澄清我的误解吗？

Answer 1

AES和一般的分组密码通常只提供“保密性”——它们不保证完整性。

你的观察是正确的——在解密后改变静脉注射确实会改变结果明文。您还会注意到，在我的案例中，更改密文本身的字节仍然可以在AES-CBC下成功解密（尽管是不同的明文）。

您需要的是一种方法来验证IV和密文在初始加密操作发生后是否未被修改。

实现这一目标的两种最常见的方法是：

• MAC（HMAC是常见的）
• 一种经过身份验证的加密模式，如GCM，这是首选

您可能会发现这个Python中的AES-GCM加密示例很有用。我把它包括在下面：

from Crypto.Hash import SHA256, HMAC
from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Protocol.KDF import PBKDF2
import base64

ALGORITHM_NONCE_SIZE = 12
ALGORITHM_TAG_SIZE = 16
ALGORITHM_KEY_SIZE = 16
PBKDF2_SALT_SIZE = 16
PBKDF2_ITERATIONS = 32767
PBKDF2_LAMBDA = lambda x, y: HMAC.new(x, y, SHA256).digest()

def encryptString(plaintext, password):
    # Generate a 128-bit salt using a CSPRNG.
    salt = get_random_bytes(PBKDF2_SALT_SIZE)

    # Derive a key using PBKDF2.
    key = PBKDF2(password, salt, ALGORITHM_KEY_SIZE, PBKDF2_ITERATIONS, PBKDF2_LAMBDA)

    # Encrypt and prepend salt.
    ciphertextAndNonce = encrypt(plaintext.encode('utf-8'), key)
    ciphertextAndNonceAndSalt = salt + ciphertextAndNonce

    # Return as base64 string.
    return base64.b64encode(ciphertextAndNonceAndSalt)

def decryptString(base64CiphertextAndNonceAndSalt, password):
    # Decode the base64.
    ciphertextAndNonceAndSalt = base64.b64decode(base64CiphertextAndNonceAndSalt)

    # Get the salt and ciphertextAndNonce.
    salt = ciphertextAndNonceAndSalt[:PBKDF2_SALT_SIZE]
    ciphertextAndNonce = ciphertextAndNonceAndSalt[PBKDF2_SALT_SIZE:]

    # Derive the key using PBKDF2.
    key = PBKDF2(password, salt, ALGORITHM_KEY_SIZE, PBKDF2_ITERATIONS, PBKDF2_LAMBDA)

    # Decrypt and return result.
    plaintext = decrypt(ciphertextAndNonce, key)

    return plaintext.decode('utf-8')

def encrypt(plaintext, key):
    # Generate a 96-bit nonce using a CSPRNG.
    nonce = get_random_bytes(ALGORITHM_NONCE_SIZE)

    # Create the cipher.
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_GCM, nonce)

    # Encrypt and prepend nonce.
    ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(plaintext)
    ciphertextAndNonce = nonce + ciphertext + tag

    return ciphertextAndNonce

def decrypt(ciphertextAndNonce, key):
    # Get the nonce, ciphertext and tag.
    nonce = ciphertextAndNonce[:ALGORITHM_NONCE_SIZE]
    ciphertext = ciphertextAndNonce[ALGORITHM_NONCE_SIZE:len(ciphertextAndNonce) - ALGORITHM_TAG_SIZE]
    tag = ciphertextAndNonce[len(ciphertextAndNonce) - ALGORITHM_TAG_SIZE:]

    # Create the cipher.
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_GCM, nonce)

    # Decrypt and return result.
    plaintext = cipher.decrypt_and_verify(ciphertext, tag)

    return plaintext