PowerShell 和 Python 中的 AES 加密

Question

我的目标是能够在 PowerShell 中对字符串进行 AES 加密，将其发送到 python 可用的 UNIX 系统，然后将字符串解密回纯文本。我也希望能够做相反的事情。我不是加密专家或 PowerShell/python 程序员，但这是到目前为止我能够使用代码做的事情：

function Create-AesManagedObject($key, $IV) {
    $aesManaged = New-Object "System.Security.Cryptography.AesManaged"
    $aesManaged.Mode = [System.Security.Cryptography.CipherMode]::CBC
    $aesManaged.Padding = [System.Security.Cryptography.PaddingMode]::Zeros
    $aesManaged.BlockSize = 128
    $aesManaged.KeySize = 256
    if ($IV) {
        if ($IV.getType().Name -eq "String") {
            $aesManaged.IV = [System.Convert]::FromBase64String($IV)
        }
        else {
            $aesManaged.IV = $IV
        }
    }
    if ($key) {
        if ($key.getType().Name -eq "String") {
            $aesManaged.Key = [System.Convert]::FromBase64String($key)
        }
        else {
            $aesManaged.Key = $key
        }
    }
    $aesManaged
}

function Encrypt-String($key, $unencryptedString) {
    $bytes = [System.Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($unencryptedString)
    $aesManaged = Create-AesManagedObject $key $IV
    $encryptor = $aesManaged.CreateEncryptor()
    $encryptedData = $encryptor.TransformFinalBlock($bytes, 0, $bytes.Length);
    [byte[]] $fullData = $aesManaged.IV + $encryptedData
    $aesManaged.Dispose()
    [System.Convert]::ToBase64String($fullData)
}

function Decrypt-String($key, $encryptedStringWithIV) {
    $bytes = [System.Convert]::FromBase64String($encryptedStringWithIV)
    $IV = $bytes[0..15]
    $aesManaged = Create-AesManagedObject $key $IV
    $decryptor = $aesManaged.CreateDecryptor();
    $unencryptedData = $decryptor.TransformFinalBlock($bytes, 16, $bytes.Length - 16);
    $aesManaged.Dispose()
    [System.Text.Encoding]::UTF8.GetString($unencryptedData).Trim([char]0)
}

# key passphrase is a 16 byte string that is used to create the AES key.
$key_passphrase = "MypassphraseKey1"
# base64 encode the key.  The resulting key should be exactly 44 characters (43 characters with a single = of padding) (256 bits)
$Bytes = [System.Text.Encoding]::Ascii.GetBytes($key_passphrase)
$key =[Convert]::ToBase64String($Bytes)

# init is used to create the IV
$init = "This is an IV123"
# converts init to a byte array (e.g. T = 84, h = 104) and then sha1 hash it
$IV = (new-Object Security.Cryptography.SHA1Managed).ComputeHash( [Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($init) )[0..15] 
write-output "IV is equal to $IV"


write-output "AES key is $key"
$unencryptedString = "testing"
$encryptedString = Encrypt-String $key $unencryptedString
$backToPlainText = Decrypt-String $key $encryptedString

write-output "Unencrypted string: $unencryptedString"
write-output "Encrypted string: $encryptedString"
write-output "Unencrytped string: $backToPlainText"

PowerShell 脚本似乎可以很好地进行加密和解密。对于 python 端，我可以定义相同的 AES 密钥值，因为它只是我的密钥密码的 base64 编码。但是，我在执行时没有得到相同的字符串加密值（例如 PowerShell 输出 UXKWIhtaUgFOvN13bvA4tx4+2Hjkv4v6I1G3Xfl6zp0= 和 Python 输出 BOJ3Ox4fJxR+jFZ0CBQ25Q==）。我相信这些需要匹配才能解密，但我可能会弄错。我知道设置静态 IV 和密钥会使其不安全，但我愿意这样做以便能够跨平台加密和解密（除非有更好的方法使用 AES）。任何帮助将不胜感激。

Python代码

import base64, array
import Crypto
import Crypto.Random
from Crypto.Cipher import AES

def pad_data(data):
    if len(data) % 16 == 0:
        return data
    databytes = bytearray(data)
    padding_required = 15 - (len(databytes) % 16)
    databytes.extend(b'\x80')
    databytes.extend(b'\x00' * padding_required)
    return bytes(databytes)

def unpad_data(data):
    if not data:
        return data

    data = data.rstrip(b'\x00')
    if data[-1] == 128: # b'\x80'[0]:
        return data[:-1]
    else:
        return data

def encrypt(key, iv, data):
    aes = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    data = pad_data(data)
    return aes.encrypt(data)

def decrypt(key, iv, data):
    aes = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    data = aes.decrypt(data)
    return unpad_data(data)

def test_crypto ():
    key = "MypassphraseKey1"
    # found using the debugger in the PowerShell ISE to get the value byte value which was converted to hex
    iv = "\x51\x72\x96\x22\x1b\x5a\x52\x01\x4e\xbc\xdd\x77\x6e\xf0\x38\xb7"
    msg = b"testing"

    # hex value of IV in powershell script is 51 72 96 22 1b 5a 52 01 4e bc dd 77 6e f0 38 b7
    print("Value of IV: " + iv)

    # base64 encode key
    b64key = base64.b64encode(key)
    print("AES key encoded: " + b64key)

    code = encrypt(key, iv, msg)
    # convert encrypted string to base64
    b64encoded = base64.b64encode(code)
    print("Encrypted string: " + b64encoded)

    decoded = decrypt(key, iv, code)
    print("Decoded: " + decoded)

if __name__ == '__main__':
    test_crypto()

Answer 1

一些建议：

16 个字符的 ASCII 字符串是 128^16 = 5.19229686e33 可能的键输入。 Base64 编码 16 个字节产生 24 个字节 (4*ceil(16/3))。因此，即使您使用的是 192 位 AES 密钥（理论上 6.27710174e57 键组合），您也只能使用其中的 1/1208925820422879877545683 [万亿分之一]。事实上，您将密钥大小设置为 256 位，显然代码忽略了 that/allowing 192 位密钥而没有错误。

使用 Rfc2898DeriveBytes to derive your AES key rather than a Base64 transformation of a raw string. RFC 2898 定义 PBKDF2（Password-Based 密钥派生函数 2），一个 HMAC-based 密钥派生函数来安全地从密码派生加密密钥，并提供 HMAC/SHA1与大量迭代一起使用以减轻对您的密钥的 brute-force 攻击。

您只是在 PowerShell 中调用 TransformFinalBlock() 进行加密和解密。我想如果消息长于一个块（16 字节），这将无法加密或解密完整的消息。尝试使用 This is a plaintext message. （29 字节）这样的输入消息。我相信你想同时使用 TransformBlock() 和 TransformFinalBlock().
静态 IV 不安全的说法是正确的（违背了 IV 的目的，它应该是唯一的，并且 non-predictable 对于每个使用相同密钥的加密操作）。 AesManaged 已经提供了一种方法 GenerateIV() 来生成令人满意的 IV，您可以从 IV 属性访问它并添加到密文中。
您的 Base64 编码密文的 PowerShell 输出为 44 个字符（Base64 中的16 byte IV + 16 byte ciphered message = 32 bytes -> 44 bytes）。您的 Python Base64 输出是 24 个字符（Base64 中的 16 bytes -> 24 bytes）。此输出不包括 IV 或消息（或其他不太可能导致输出受限的原因）。查看代码，您的 encrypt 方法不会将 IV 添加到密文中。
最后，在这一点上，您的代码应该可以工作并且内部一致并且 cross-compatible。在这里您应该重新审视几个设计决策：

零填充是 non-standard，虽然您手动实现了它，但更需要像 PKCS #5/#7 这样的 well-defined 填充方案。在 Python 和 .NET.
中都有丰富的实现和代码示例来实现这一点
您正在使用CBC block cipher mode of operation。虽然 CBC 可以保密，但它不提供完整性。您应该使用经过身份验证的加密模式 (AE/AEAD)，例如 GCM 或 EAX。如果不能，请使用 HMAC 结构（如 HMAC/SHA-256 和 与您的加密密钥不同 共享秘密，并使用 constant-time 方法 [=45= 验证 MAC ]在尝试解密之前。

PowerShell 和 Python 中的 AES 加密

AES Encryption in PowerShell and Python

python

powershell

cryptography

aes

pycrypto