如何使用 Android 的身份验证标记进行 GCM 加密

Question

我想通过 GCM 模式使用 Android 的身份验证标记使函数加密数据。这是我的源代码：

public static byte[] GCMEncrypt(String hexKey, String hexIV, byte[] aad) throws Exception {
        byte[] aKey = hexStringToByteArray(hexKey);
        byte[] aIV = hexStringToByteArray(hexIV);
        Key key = new SecretKeySpec(aKey, "AES");
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new GCMParameterSpec(16 * Byte.SIZE, aIV));
        cipher.updateAAD(aad);
        byte[] encrypted = cipher.doFinal(aKey);
        return encrypted;
    }

如何在此代码中插入身份验证标记？

Answer 1

您已经添加了身份验证标签。 Java（不幸的是 - 见下文）在密文中包含身份验证标签。这意味着它是在最后一次调用 doFinal.

期间生成的

您可以通过查看密文的大小轻松地检查这一点。它应该与明文大小相同（在本例中为 aKey）加上 128 位，即身份验证标记的默认和合理大小。

这也是 AEADBadTagException 派生自 BadPaddingException 的原因：在解密过程中，验证发生隐式。所以旧代码仍然与 GCM 模式兼容。

正如我之前指出的，我认为在密文中包含身份验证标签是 API:

的主要设计错误

它不允许用户将身份验证标签放在其他地方——至少在没有数组（大小）操作的情况下；
它消除了 GCM 的在线性质，其中明文解密是即时的（对于每次更新调用），因为需要缓冲身份验证标记；
如果事先知道身份验证标签的位置（即如果协议直接指定标签位置或密文的大小），它会使代码更大、效率更低并且需要虚假缓冲；

在我看来，这并不能抵消在不添加方法和保持兼容性的情况下改造 Cipher class 的优势。如果设计者能单独添加检索和验证身份验证标签的方法就更好了。

因为目前正在下雨，所以我创建了一个示例：

public static void main(String... args) throws Exception {
    int tagSize = 96;

    Cipher gcm = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");

    SecretKey aesKey = new SecretKeySpec(new byte[16], "AES");

    GCMParameterSpec gcmSpec = new GCMParameterSpec(tagSize, new byte[gcm.getBlockSize()]);

    gcm.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, aesKey, gcmSpec);

    byte[] pt = "Maarten Bodewes creates code".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
    System.out.println(pt.length);
    byte[] ctAndTag = new byte[gcm.getOutputSize(pt.length)];

    System.out.println(ctAndTag.length);

    int off = 0;
    off += gcm.update(pt, 0, pt.length, ctAndTag, off);
    // prints 16 (for the Oracle crypto provider)
    // meaning it is not online, buffering even during encryption
    System.out.println(off);
    off += gcm.doFinal(new byte[0], 0, 0, ctAndTag, off);
    // prints 40 for the Oracle crypto provider, meaning it doesn't *just*
    // output the tag during doFinal !
    System.out.println(off);

    int ctSize = ctAndTag.length - tagSize / Byte.SIZE;
    System.out.println(ctSize);

    byte[] ct = Arrays.copyOfRange(ctAndTag, 0, ctSize);
    byte[] tag = Arrays.copyOfRange(ctAndTag, ctSize, ctAndTag.length);

    System.out.println(Hex.toHexString(ct));
    System.out.println(Hex.toHexString(tag));
}

备注：

用自身加密密钥没有意义，我希望这只是为了演示目的
对于较小的身份验证标签，GCM 会很快失去安全性，建议不要更改大小，除非您的协议是专门为此设计的。

如何使用 Android 的身份验证标记进行 GCM 加密

How to make GCM Encrypt with authentication tag for Android

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aes-gcm