加密输入长度与输出长度相同的 QRCode payload

Question

我正在尝试加密动态 QRCode 的数据负载。

我们有一个从动态数据生成二维码的应用程序，如果需要，我们希望可以选择加密有效负载。

由于二维码固有的大小限制，其中一项要求是有效载荷数据必须与加密数据的大小相同].如果加密数据different/too大，QRCode可能无法scan/decode正确

我已尝试按照其他地方的建议在 CTR 模式（流而不是块）中使用 AES 加密。结果是输出密码字节与输入字节大小相同，但是将字节转换为 char 友好格式（例如 base64）会产生比原始有效负载长得多的字符串长度。

有没有办法加密一个字符串，使明文和加密后的字符串长度相同？

根据位于此处的麻省理工学院 pdf，https://courses.csail.mit.edu/6.857/2014/files/12-peng-sanabria-wu-zhu-qr-codes.pdf，他们提到了他们称之为 SEQR（对称加密 QR）代码的现有解决方案。但是我还没有找到一个解决方案，正如文章中提到的那样，它会产生与纯文本输入长度相同的加密输出。

我们在后端使用 C# .NET，在前端使用 ZXing QRCode 库和 Javascript，使用 CryptoJS。

我还创建了一个在 CTR 模式下演示 AES 的 JSFiddle。

http://jsfiddle.net/s1jeweja/5/

var options = { mode: CryptoJS.mode.CTR, padding: CryptoJS.pad.NoPadding };  

/*** encrypt */  
var json = CryptoJS.AES.encrypt("some plain text", "secret", options);  
var ciphertext = json.ciphertext.toString(CryptoJS.enc.UTF8);  
document.getElementById("id2").innerHTML = ciphertext;
//debugger;
/*** decrypt */  
var decrypted = CryptoJS.AES.decrypt(json, "secret", options);  
var plaintext = decrypted.toString(CryptoJS.enc.Utf8);  



document.getElementById("decrypt").innerHTML = plaintext; // text can be a random lenght

Answer 1

您正在寻找 Format Preserving Encryption which converts plaintext text characters to cyphertext text characters. One way to do that is an adaptation of the classic Vigenère cipher。生成范围为 0..25 的伪随机数的密钥流，并使用它们对字母表中的明文字符进行循环移位。

您已经在使用 AES-CTR，因此请使用它来生成您的密钥流。屏蔽掉密钥流的五位。如果这五个位在 0..25 中，则使用它们将下一个明文字符循环移位到相应的密文字符。如果这五位在 26..31 范围内，则丢弃它们并获得另外五位。

在伪代码中，这看起来像：

textToTextEncode(plaintext)
  for each character p in plaintext
    c <- p + getNextShift()
    if c > 'z'
      c <- c - 26
    end if
    write(c, cyphertextFile)
  end for
end textToTextEncode()

getNextShift()
  repeat
    b <- getNextByte(AES-CTR)
    b <- b & 0b00011111  // Binary mask.
  until b < 26
  return b
end getNextShift()

对于解密，如果结果低于 'a'，您需要减去移位值并加 26。

ETA：正如您从下面的评论中看到的那样，您将需要一个对于每个 QRCode 都是唯一的随机数（AKA IV）。在每个 QRCode 的开头或结尾留出固定数量的字节作为 nonce。不要加密这些字节，你必须让它们保持明文。从完整的 QRCode 中提取它们并使用它们来初始化您的 AES-CTR 方法。然后使用该 AES-CTR 解密该 QRCode 的其余部分。字节数越多，最多 16 个，您的安全性就越高。

Answer 2

据我所知，必须是字符串的输入类型的限制或多或少是历史悠久的，过去从未改变过。不管不同的条码格式对字节数据进行编码的可能性。

这是一个适合我的小代码片段：

  [Test]
  public void Test_Binary_Data_Encoding_As_Char()
  {
     var writer = new BarcodeWriter
     {
        Format = BarcodeFormat.QR_CODE,
        Options = new QrCodeEncodingOptions
        {
           ErrorCorrection = ErrorCorrectionLevel.L,
           CharacterSet = "ISO-8859-1"
        }
     };

     // Generate dummy binary data
     var binaryData = new byte[256];
     for (var i = 0; i < binaryData.Length; i++)
        binaryData[i] = (byte)i;

     // Convert the dummy binary data to a string
     var binaryDataAsChar = new char[binaryData.Length];
     for (var i = 0; i < binaryDataAsChar.Length; i++)
        binaryDataAsChar[i] = (char)binaryData[i];
     var binaryDataAsString = new String(binaryDataAsChar);

     // encode the string as QR code
     var qrcode = writer.Write(binaryDataAsString);

     // decode the QR code (full roundtrip test)
     var reader = new BarcodeReader();
     var binaryDataAsStringFromQrCode = reader.Decode(qrcode);
     var binaryDataAsStringFromQrCodeText = binaryDataAsStringFromQrCode.Text;

     // a little hack, because the barcode reader converts the \n to \r\n
     binaryDataAsStringFromQrCodeText = binaryDataAsStringFromQrCodeText.Remove(10, 1);

     // convert the result string to the byte array
     var binaryDataFromQrCode = new byte[256];
     for (var i = 0; i < binaryDataFromQrCode.Length; i++)
        binaryDataFromQrCode[i] = (byte)binaryDataAsStringFromQrCodeText[i];

     // Assert, that the representation of the result string and the byte array is equal to the source
     Assert.That(binaryDataAsString, Is.EqualTo(binaryDataAsStringFromQrCodeText));
     for (var i = 0; i < binaryData.Length; i++)
        Assert.That(binaryDataFromQrCode[i], Is.EqualTo(binaryData[i]), "position " + i + " is wrong");
  }

加密输入长度与输出长度相同的 QRCode payload

Encrypt QRCode payload with input length the same as the output length

c#

cryptography

qr-code

aes

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