如何使用从密码派生的密钥正确加密和解​​密文件

编程问答 2022-08-12

问题描述

我正在尝试制定使用“ PBEWithHmacSHA256AndAES_256”标准加密和解密文件的正确过程。

从我对Oracle的example code的了解中了解到。

我已经收集到需要盐，以及迭代计数和哈希标准。

所以我有我的主要方法，传递给加密方法：

  1. 用户定义的密码new String(key).toCharArray()作为字节数组（使用此方法进行其他加密）
  2. 安全的随机IV initVector作为字节数组
  3. 纯文本文件inputFile作为字符串
  4. 要创建的密文文件outputFile作为字符串的名称

我已经按照代码示例进行了编码，以证明我认为对于加密方法是正确的。然后，我将盐和IV都添加到密文中，以用于解密。

private static void encrypt(byte[] key,byte[] initVector,String inputFile,String outputFile) //exceptions for throws... {
    //Initalisation for encryption
    Cipher cipher;

    byte[] salt = new byte[16];

        SecureRandom rand = new SecureRandom();

        // Salt randomly generated with base64
        rand.nextBytes(salt);
        System.out.println("my salt should be" + Base64.getEncoder().encodeToString(salt));
        salt = Base64.getEncoder().encode(salt);

        // Iteration count
        int count = 1000;

        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(initVector);
        
        // Create PBE parameter set
        PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(Base64.getDecoder().decode(salt),count,iv);                
        // Convert pass into SecretKey object
        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(new String(key).toCharArray());
        SecretKeyFactory keyFac = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
        SecretKey pbeKey;
        try {
            pbeKey = keyFac.generateSecret(pbeKeySpec);
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            System.out.println("Sorry,the password specified cannot be used as a secret key");
            System.out.println("Please check that your password uses valid characters");
            return;
        }

        // Create PBE Cipher
        cipher = Cipher.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");

        // Initialize PBE Cipher with key and parameters
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,pbeKey,pbeParamSpec);
    }

    //File error checking and file handling (i.e. generating file paths)...

    System.out.println("Secret key is " + Base64.getEncoder().encodeToString(key));
    System.out.println("IV is " + Base64.getEncoder().encodeToString(initVector));

    //Special file reading and writing with 'Cipher Stream'
    try (InputStream fin = FileEncryptor.class.getResourceAsStream(loadFile.getName());
            OutputStream fout = Files.newOutputStream(saveFile);

            CipherOutputStream cipherOut = new CipherOutputStream(fout,cipher) {
            }) {
        final byte[] bytes = new byte[1024];
        for(int length=fin.read(bytes); length!=-1; length = fin.read(bytes)){

                fout.write(initVector);
                fout.write(salt);

            cipherOut.write(bytes,length);

        }
    } catch (IOException e) {
        System.out.println("Something went wrong with reading and writing these files!");
        System.out.println("Please check you have the latest version of this program");
        System.out.println("Contact your IT admin to make sure you have sufficient privileges");
    }
    System.out.println("SUCCESS! Encryption finished,saved at specified location");
}

然后我还有我的主要方法，传递给解密方法：

  1. 用户定义的密码String inputKEY作为字符串（也使用此方法进行其他解密运行）

  2. inputIV的字符串，因为未用于PBE，所以已作为null传入。

  3. 密文文件inputFile作为字符串

  4. 要创建的显示纯文本文件outputFile的名称为字符串

    私有静态无效解密（String inputKEY，String inputIV，String inputFile，String outputFile）{ 密码cipher = null; 

     //File error checking and file handling (i.e. generating file paths)...

 InputStream encryptedData = Files.newInputStream(loadFilePath);


     PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(inputKEY.toCharArray());
     SecretKeyFactory keyFac = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
     SecretKey pbeKey = null;
     try {
         pbeKey = keyFac.generateSecret(pbeKeySpec);
     } catch (InvalidKeySpecException e) {
         // TODO Auto-generated catch block
         e.printStackTrace();
     }
     byte[] initVect = new byte[16];
     encryptedData.read(initVect);

     IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(Base64.getDecoder().decode(initVect);

     byte[] salt = new byte[16];
     encryptedData.read(salt);

     PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(Base64.getDecoder().decode(salt),1000,iv);  
     cipher = Cipher.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");

     System.out.println("my salt should be" + Base64.getEncoder().encodeToString(Base64.getDecoder().decode(salt)));

     cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,pbeParamSpec); 

 try (CipherInputStream decryptStream = new CipherInputStream(encryptedData,cipher);    
         OutputStream decryptedOut = Files.newOutputStream(saveFile)){
     final byte[] bytes = new byte[1024];
     for(int length=decryptStream.read(bytes); length!=-1; length = decryptStream.read(bytes)){
         decryptedOut.write(bytes,length);
     }
 } catch (IOException e) { //This is caught when decryption is run
     System.out.println("Something went wrong with reading and writing these files!");
     System.out.println("Please check you have the latest version of this program");
     System.out.println("Contact your IT admin to make sure you have sufficient privileges");
 }

 System.out.println("SUCESS! Decryption finished,saved at specified location");

    }

根据我对PBE的理解，我认为有些事情是不对的，因此，我实施它的方式可能是错误的。谁能指出什么地方错了？

解决方法

主要问题是：

  • IV和Salt不能写在for循环内。
  • IV以encrypt的形式存储，没有经过Base64编码，但是以decrypt的Base64解码。
  • 这16个字节的salt存储在encrypt中（不必要）以Base64编码，即存储24个字节。但是，在decrypt中仅加载16个字节。

也：

  • 在编码/解码时，有时未指定编码，因此使用默认编码。
  • encrypt和decrypt为key和IV使用不同的参数类型。
  • 代码中有很多复制/粘贴错误。

注意：与您的代码相反，linked代码除了确定密钥外，还从密码和盐中确定IV。 在您的代码中，IV已通过。因此，您必须确保密钥/ IV对只能使用一次。通常，每次加密都会生成一个随机IV。

在下面的代码（基于您的代码，但是为了简单起见，没有异常处理）中，这些问题已得到解决/优化。此外，代码适用FileInputStream和FileOutputStream而不是您的类（但这不是必需的）：

private static void encrypt(String key,byte[] initVector,String inputFile,String outputFile) throws Exception {

    // Key
    PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(key.toCharArray());
    SecretKeyFactory keyFac = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
    SecretKey pbeKey = keyFac.generateSecret(pbeKeySpec);

    // IV
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(initVector);

    // Salt
    SecureRandom rand = new SecureRandom();
    byte[] salt = new byte[16];
    rand.nextBytes(salt);

    // ParameterSpec
    int count = 1000; // should be larger,see Michael Fehr's comment
    PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(salt,count,iv);

    // Cipher
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,pbeKey,pbeParamSpec);

    try (FileInputStream fin = new FileInputStream(inputFile);
         FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outputFile);
         CipherOutputStream cipherOut = new CipherOutputStream(fout,cipher)) {
    
        // Write IV,Salt
        fout.write(initVector);
        fout.write(salt);
    
        // Encrypt
        final byte[] bytes = new byte[1024];
        for (int length = fin.read(bytes); length != -1; length = fin.read(bytes)) {
            cipherOut.write(bytes,length);
        }
    } 
}

private static void decrypt(String key,byte[] initVect,String outputFile) throws Exception {

    try (FileInputStream encryptedData = new FileInputStream(inputFile);
         FileOutputStream decryptedOut = new FileOutputStream(outputFile)) {

        // Key
        PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(key.toCharArray());
        SecretKeyFactory keyFac = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
        SecretKey pbeKey = keyFac.generateSecret(pbeKeySpec);

        // Read IV
        if (initVect == null) {
            initVect = encryptedData.readNBytes(16);
        }
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(initVect);

        // Read salt
        byte[] salt = encryptedData.readNBytes(16);

        // ParameterSpec
        int count = 1000;
        PBEParameterSpec pbeParamSpec = new PBEParameterSpec(salt,iv);

        // Cipher
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWithHmacSHA256AndAES_256");
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,pbeParamSpec);

        try (CipherInputStream decryptStream = new CipherInputStream(encryptedData,cipher)) {
        
            // Decrypt
            final byte[] bytes = new byte[1024];
            for (int length = decryptStream.read(bytes); length != -1; length = decryptStream.read(bytes)) {
                decryptedOut.write(bytes,length);
            }
        } 
    }
}

编辑-关于decrypt中盐和IV的读数：
GPI 在其评论中指出，FileInputStream.read(byte[] b)通常读取b.length字节，但这不保证。更可靠的方法是确定读取数据的长度，然后循环调用该方法，直到数据完成为止。另一种选择是使用InputStream.readNBytes​(int len)，它被保证 读取len字节（除非遇到流末尾或引发异常），如 Zabuzard 已建议。在代码中，现在使用后者，即read被readNBytes​取代。

encryptionjavajavajcesalt

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