使用 Crypto++ 手动处理 CBC 加密

Question

我正在尝试在 CBC 模式下进行手动加密，但仍然使用 Crypto++，只是想知道我是否可以手动进行加密。 CBC算法是（AFAIK）：

Presume we have n block K[1]....k[n]
0. cipher = empty;
1. xor(IV, K1) -> t1
2. encrypt(t1) -> r1
3. cipher += r1
4. xor (r1, K2) -> t2
5. encrypt(t2) -> r2
6. cipher += r2
7. xor(r2, K3)->t3
8. ...

所以我尝试用Crypto++来实现它。我有一个只有字母数字字符的文本文件。测试 1 逐块（16 字节）读取文件并使用 CBC 模式手动加密它们，然后总结密码。测试 2 使用 Crypto++ 内置的 CBC 模式。
测试 1

char* key;
char* iv;
//Iterate in K[n] array of n blocks
BSIZE = 16;

std::string vectorToString(vector<char> v){
    string s ="";
    for (int i = 0; i < v.size(); i++){
        s[i] = v[i];
    }
    return s;
}

vector<char> xor( vector<char> s1, vector<char> s2, int len){

    vector<char> r;
    for (int i = 0; i < len; i++){
        int u = s1[i] ^ s2[i];
        r.push_back(u);
    }
    return r;
}

vector<char> byteToVector(byte *b, int len){
    vector<char> v;
    for (int i = 0; i < len; i++){
        v.push_back( b[i]);
    }
    return v;
}

string cbc_manual(byte [n]){
    int i = 0;
    //Open a file and read from it, buffer size = 16
    // , equal to DEFAULT_BLOCK_SIZE
    std::ifstream fin(fileName, std::ios::binary | std::ios::in);
    const int BSIZE = 16;

    vector<char> encryptBefore;
    //This function will return cpc
    string cpc ="";
    while (!fin.eof()){

        char buffer[BSIZE];
        //Read a chunk of file 
        fin.read(buffer, BSIZE);
        int sb = sizeof(buffer);
        if (i == 0){
            encryptBefore = byteToVector( iv, BSIZE);
        }

        //If i == 0, xor IV with current buffer
        //else, xor encryptBefore with current buffer

        vector<char> t1 = xor(encryptBefore, byteToVector((byte*) buffer, BSIZE), BSIZE);
            //After xored, encrypt the xor result, it will be current step cipher
        string r1= encrypt(t1, BSIZE).c_str();
        cpc += r1;
        const char* end = r1.c_str() ;

        encryptBefore = stringToVector( r1);


        i++;
    }
    return cpc;
}

这是我的 encrypt() 函数，因为我们只有一个块所以我使用 ECB (?) 模式

string encrypt(string s, int size){
    ECB_Mode< AES >::Encryption e;
    e.SetKey(key, size);

    string cipher;
    StringSource ss1(s, true,
        new StreamTransformationFilter(e,
            new StringSink(cipher)
        ) // StreamTransformationFilter      
        ); // StringSource
    return cipher;
}

这是 100% Crypto++ 制作的解决方案：
测试 2

encryptCBC(char * plain){
    CBC_Mode < AES >::Encryption encryption(key, sizeof(key), iv);
    StreamTransformationFilter encryptor(encryption, NULL);
    for (size_t j = 0; j < plain.size(); j++)
        encryptor.Put((byte)plain[j]);

    encryptor.MessageEnd();
    size_t ready = encryptor.MaxRetrievable();

    string cipher(ready, 0x00);
    encryptor.Get((byte*)&cipher[0], cipher.size());
}

测试 1 和测试 2 的结果不同。事实上，测试 1 的密文包含测试 2 的结果。示例：

Test 1's result aaa[....]bbb[....]ccc[...]...

Test 2 (Crypto++ built-in CBC)'s result: aaabbbccc...

我知道 xor() 函数可能会导致与 "sameChar ^ sameChar = 0" 相关的问题，但我的代码中是否存在与算法相关的问题？

这是我在jww第一个解法后的Test 2.1

static string auto_cbc2(string plain, long size){
    CBC_Mode< AES >::Encryption e;
    e.SetKeyWithIV(key, sizeof(key), iv, sizeof(iv));
    string cipherText;

    CryptoPP::StringSource ss(plain, true,
        new CryptoPP::StreamTransformationFilter(e,
        new CryptoPP::StringSink(cipherText)
        , BlockPaddingSchemeDef::NO_PADDING
        ) // StreamTransformationFilter
        ); // StringSource
    return cipherText;
}

它抛出一个错误：

Unhandled exception at 0x7407A6F2 in AES-CRPP.exe: Microsoft C++ exception: CryptoPP::InvalidDataFormat at memory location 0x00EFEA74

我只在使用 BlockPaddingSchemeDef::NO_PADDING 时遇到此错误，尝试删除 BlockPaddingSchemeDef 或使用 BlockPaddingSchemeDef::DEFAULT_PADDING 时，我没有遇到错误。 :?

Answer 1

StringSource ss1(s, true,
    new StreamTransformationFilter(e,
        new StringSink(cipher)));

这默认使用 PKCS 填充。由于填充，它需要 16 字节的输入并产生 32 字节的输出。你应该做以下两件事之一。

首先，您可以使用BlockPaddingScheme::NO_PADDING。类似于：

StringSource ss1(s, true,
    new StreamTransformationFilter(e,
        new StringSink(cipher)
    BlockPaddingScheme::NO_PADDING));

其次，您可以手动处理块，一次处理 16 个字节。类似于：

AES::Encryption encryptor(key, keySize);

byte ibuff[<some size>] = ...;
byte obuff[<some size>];
ASSERT(<some size> % AES::BLOCKSIZE == 0);

unsigned int BLOCKS = <some size>/AES::BLOCKSIZE;
for (unsigned int i=0; i<BLOCKS; i==)
{
    encryptor.ProcessBlock(&ibuff[i*16], &obuff[i*16]);
    // Do the CBC XOR thing...
}

您也许可以调用 ProcessAndXorBlock from the BlockCipher base class 并一次性完成。

使用 Crypto++ 手动处理 CBC 加密

Manual CBC encryption handing with Crypto++

crypto++

cbc-mode