java - 我如何加密和解密在 PHP 和 JAVA 之间使用 AES/GCM/

Question

我用PHP加密用AES/GCM和JAVA通信，但是不行。代码是这样的。不知道哪里错了？

<?php

$key = "123456789012345678901234567890";
$plaintext = "aaaaaaa";
$encryptStr = aesGcmEncrypt($plaintext, $key);
echo "加密后：" . $encryptStr;


function aesGcmEncrypt($plaintext, $key)
{

    $ivlen = openssl_cipher_iv_length($cipher = "aes-128-gcm");
    $iv = openssl_random_pseudo_bytes($ivlen);
    $ciphertext_raw = openssl_encrypt($plaintext, $cipher, $key, OPENSSL_NO_PADDING, $iv, $tag);
    $ciphertext = base64_encode($iv . $ciphertext_raw . $tag);
    return $ciphertext;
}

function decrypt($str, $key)
{
    $encrypt = base64_decode($str);
    $ivlen = openssl_cipher_iv_length($cipher = "aes-128-gcm");
    $tag_length = 16;
    $iv = substr($encrypt, 0, $ivlen);
    $tag = substr($encrypt, -$tag_length);
    $ciphertext = substr($encrypt, $ivlen, -$tag_length);

    $ciphertext_raw = openssl_decrypt($ciphertext, $cipher, $key, OPENSSL_NO_PADDING, $iv, $tag);
    return $ciphertext_raw;
}

这是java代码。

private static String aesGcmEncrypt(String content, byte[] key) {
        try {
            System.out.println(content);
            System.out.println(content.getBytes(UTF_8).length);
            // 根据指定算法ALGORITHM自成密码器
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/PKCS5Padding");
            SecretKeySpec skey = new SecretKeySpec(key, "AES");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skey);
            //获取向量
            byte[] ivb = cipher.getIV();
            byte[] encodedByteArray = cipher.doFinal(content.getBytes(UTF_8));

            byte[] message = new byte[ivb.length + encodedByteArray.length];

            System.arraycopy(ivb, 0, message, 0, ivb.length);
            System.arraycopy(encodedByteArray, 0, message, ivb.length, encodedByteArray.length);
            String ss = Base64.getEncoder().encodeToString(message);
            return ss;
        } catch (NoSuchAlgorithmException | NoSuchPaddingException | InvalidKeyException | IllegalBlockSizeException
                | BadPaddingException e) {
            return null;
        }
    }

JAVA代码不能修改，因为不是我的，必须适应java代码。

Answer 1

这两个代码的行为可能与您预期的不同。
在 Java 代码中根本没有使用填充，尽管指定了 PKCS5Padding(在 Java 中是 PKCS7Padding 的同义词)。 SunJCE 提供程序为 GCM 禁用指定的 PKCS5Padding 并应用 NoPadding 。这很有用，因为 GCM 是一种不需要填充的流密码模式。
应该提到的是，该行为取决于版本。只有较早的 JDK 版本(例如 8、11、12)接受 GCM 的 PKCS5Padding 并将其作为 NoPadding 运行。相比之下，更高的 JDK 版本(例如 14、15)会引发异常。此外，其他提供者的行为可能有所不同。
在 PHP 代码中，密文由 openssl_encrypt 作为原始数据返回，因此只进行一次 Base64 编码(即在与 IV 和标签连接后)，这是应该的。因此，代码的行为就像设置了标志 OPENSSL_RAW_DATA 一样。这是因为使用了 OPENSSL_NO_PADDING (值为3)，它实际上只是为非对称加密定义的，而不是为对称加密定义的，因此根本不应该在这里应用。对称加密的标志是 OPENSSL_RAW_DATA(值为 1)和 OPENSSL_ZERO_PADDING(值为 2)，因此 OPENSSL_NO_PADDING 等价于 OPENSSL_RAW_DATA | OPENSSL_ZERO_PADDING ，从而隐式设置 OPENSSL_RAW_DATA 。
请注意，OPENSSL_ZERO_PADDING 不会启用零填充，但会禁用默认的 PKCS7 填充。与 SunJCE Provider 类似，openssl 也隐式禁用 GCM 的默认 PKCS7 填充，即无论是否设置 OPENSSL_ZERO_PADDING，GCM 都不使用填充。
总之，可以说填充和标志被排除为错误的原因:在两个代码中都没有应用填充，在 PHP 代码中设置了 OPENSSL_RAW_DATA。
不幸的是，您没有描述错误，所以只能猜测。问题可能是由不兼容的 key 引起的，因为这两个代码都可以在我的机器上运行并且兼容。
正如评论中已经提到的，对于 AES-128/192/256，必须使用 16/24/32 字节的 key 。在 Java 代码中， key 的长度决定了 AES 变体，例如长度为16 字节意味着 AES-128。在 PHP 代码中，必须明确指定 AES 变体，例如aes-128-gcm 。太长的键被简单地切断，太短的键用 0 值填充。
例如，如果在 Java 代码中使用 16 字节的 key 进行加密(AES-128)，在 PHP 代码中使用 aes-128-gcm 并应用相同的 key 进行解密，则解密成功。
如有其他问题，请贴出使用的Java版本、错误信息以及完整的样本数据，即 key 、明文和密文。

样本数据:

Plaintext (UTF8):   The quick brown fox jumps over the lazy dog
Key (UTF8):         0123456789012345

Java 代码提供(在 JDK 11 下)以下密文(由于随机生成的 IV，每个加密当然不同):

Ciphertext (Base64): 8DcD/QwKeFG1u2N1ve3mtsX1Lq7js33ESTigT2GH6Lrqrckh5I4qzkJMG3rnuJ9CSFZ1jai8LTChe3tuIJSMLmMTbUQ9mB0=
IV (hex):            f03703fd0c0a7851b5bb6375

这个密文可以通过 PHP decrypt 方法使用 aes-128-cbc 和上面的 key 解密:

print(decrypt("8DcD/QwKeFG1u2N1ve3mtsX1Lq7js33ESTigT2GH6Lrqrckh5I4qzkJMG3rnuJ9CSFZ1jai8LTChe3tuIJSMLmMTbUQ9mB0=", "0123456789012345") . "\n");

因此 aesGcmEncrypt 返回相同的密文，如果 aes-128-cbc ，上面的 key 和相同的 IV 被使用(对于后者，PHP 代码中随机生成的 IV 必须替换为 Java 代码中生成的 IV，当然仅用于此测试) :

$iv = hex2bin('f03703fd0c0a7851b5bb6375'); // IV to use in aesGcmEncrypt
print(aesGcmEncrypt("The quick brown fox jumps over the lazy dog", "0123456789012345") . "\n");