PHP7.4：OpenSSL AES-CFB 加密不同于 Python

Question

我正在尝试使用 PHP7.4 复制一段 python 代码，该代码使用 Pycryptodome 进行 AES-128-CFB 加密。为此，我使用了 PHP 的 openssl_encrypt 内置函数。我尝试了几个配置参数和 CFB 模式，但我一直得到不同的结果。我发现 pycryptodomes CFB 实现似乎使用了 8 位段大小，这应该是 PHP 的 openssl 实现中的 aes-128-cfb8 模式。

IV 被故意固定为 0，所以请忽略它不安全的事实。

这是我要复制的代码，后面是 PHP 代码，试图用不同的方法复制结果。有些东西告诉我它与 PHP 的 'byte handling' 有关，因为 python 区分字节字符串（由 .encode('utf-8') 返回）和字符串。最后你可以看到两个代码的输出：

Python代码：

import hashlib
from Crypto.Cipher import AES

key = 'testKey'
IV = '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
ENC_KEY = hashlib.md5(key.encode('utf-8')).hexdigest()

print('key: "' + key + '"')
print('hashedKey: ' + ENC_KEY)
obj = AES.new(ENC_KEY.encode("utf8"), AES.MODE_CFB, IV.encode("utf8"))
test_data = 'test'
print('encrypting "' + test_data + '"')
encData = obj.encrypt(test_data.encode("utf8"))
print('encData: ' + encData.hex())

PHP代码：

function encTest($testStr, $ENC_KEY)
{
    $iv = hex2bin('00000000000000000000000000000000');

    echo "aes-128-cfb8-1: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb8', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb1-1: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb1', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb-1: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "\n";

    echo "aes-128-cfb8-2: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb8', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb1-2: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb1', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb-2: ".bin2hex(openssl_encrypt($testStr, 'aes-128-cfb', $ENC_KEY, OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "\n";

    echo "aes-128-cfb8-3: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb8', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb1-3: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb1', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb-3: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA|OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv))."\n";
    echo "\n";

    echo "aes-128-cfb8-4: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb8', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb1-4: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb1', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "aes-128-cfb-4: ".bin2hex(openssl_encrypt(utf8_encode($testStr), 'aes-128-cfb', utf8_encode($ENC_KEY), OPENSSL_RAW_DATA, $iv))."\n";
    echo "\n";
}

$key = "testKey";
$ENC_KEY = hash('md5', utf8_encode($key));
echo "ENC_KEY: ".$ENC_KEY."\n";

$test = "test";
echo "encrypting \"".$test."\"\n";
encTest($test, $ENC_KEY);

Python 输出（encData 应该被复制）：

key: "testKey"
hashedKey: 24afda34e3f74e54b61a8e4cbe921650
encrypting "test"

encData: 117c1974

PHP 输出：

key: "testKey"
hashedKey: 24afda34e3f74e54b61a8e4cbe921650
encrypting "test"

aes-128-cfb8-1: b0016a55
aes-128-cfb1-1: bac44c56
aes-128-cfb-1: b0f1c27a

aes-128-cfb8-2: b0016a55
aes-128-cfb1-2: bac44c56
aes-128-cfb-2: b0f1c27a

aes-128-cfb8-3: b0016a55
aes-128-cfb1-3: bac44c56
aes-128-cfb-3: b0f1c27a

aes-128-cfb8-4: b0016a55
aes-128-cfb1-4: bac44c56
aes-128-cfb-4: b0f1c27a

Answer 1

在 PHP 代码中（更准确地说是 openssl_encrypt），明确指定了 AES 变体，例如与当前 aes-128-... 的情况一样，即 PHP 使用 AES-128。太长的键被截断，太短的键用 0 值填充。由于 PHP 代码中的 hash 方法 returns 其结果为十六进制字符串，因此 16 字节的 MD5 哈希由 32 个字符（32 字节）表示，即在当前情况下 PHP 使用密钥的前 16 个字节 (AES-128)。

Python 代码中的 hexdigest 方法也 returns 结果为十六进制字符串。但是，在 Python 代码中（更准确地说是 PyCryptodome），AES 变体由密钥大小指定，即 Python 代码使用完整的 32 字节密钥，因此使用 AES-256。

不同的密钥和 AES 变体是导致不同结果的主要原因。要解决此问题，必须在两个代码中使用相同的密钥和 AES 变体：

选项 1 也是在 Python 代码中使用 AES-128。这可以通过以下更改来实现：
```
obj = AES.new(ENC_KEY[:16].encode("utf8"), AES.MODE_CFB, IV.encode("utf8"))
```
则输出b0016a55与PHP代码的结果一致aes-128-cfb8.
选项 2 也是在 PHP 代码中使用 AES-256。这可以通过将 aes-128... 替换为 aes-256... 来完成然后输出是
```
aes-256-cfb8-1: 117c1974
aes-256-cfb1-1: 54096db1
aes-256-cfb-1 : 11bfdaa9
```

并且，正如预期的那样，aes-128-cfb8 的输出 117c1974 与 Python 代码的原始值匹配。

CFB 模式将块密码更改为流密码。从而在每个加密步骤中加密n位，称为CFBn。有关确切的详细信息。 here.

术语CFBn（或cfbn）也用于PHP，即CFB1表示一位加密，CFB8表示8位加密（= 一个字节）和整个块（16 字节）的 CFB。在Python中，每步的位数用segment_size指定。

即PHP中...-cfb8的对应项是Python中的segment_size = 8，PHP中...-cfb的对应项是[=]中的segment_size = 128 115=].

以下假设两个代码中使用相同的密钥和相同的 AES 变体。

由于 segment_size = 8 是默认值，因此 Python 代码的结果与 PHP 代码的 ...-cfb8 相同。如果选择Python代码中的segement_size = 128，结果与PHP代码中的...-cfb相同。但是，在 PyCryptodome 中 segment_size 必须是 8 的整数倍，否则错误消息 'segment_size' 必须是正数并显示 8 位的倍数 。因此，PyCryptodome 不支持 CFB1 模式。

另请注意：

摘要的结果也可以在两种代码中返回二进制而不是十六进制字符串。为此，PHP方法的第三个参数hash must be set to TRUE (default: FALSE). In Python, simply use the digest方法代替了hexdigest.
在 PHP 代码中，对于像 CFB 这样的流密码模式，填充被自动禁用，因此 OPENSSL_ZERO_PADDING 标志（可用于显式禁用填充）没有区别。
utf8_encode 允许您将 ISO-8859-1 编码转换为 UTF-8，但由于 $ENC_KEY 由字母数字字符（十六进制编码）组成，因此这没有任何效果。但是，一般来说，任意二进制数据（例如摘要的结果）不得采用 UTF8 编码，因为这会损坏数据。还有其他编码用于此目的，例如 Base64。如果摘要的结果以二进制形式返回（见第1点），则可能没有进行UTF8编码。
在 CFB 模式的上下文中，旧版 PyCrypto 库中存在一个错误，该错误要求明文的长度是段大小的整数倍。否则会出现以下错误：输入字符串的长度必须是段大小 16 的倍数。

PHP7.4：OpenSSL AES-CFB 加密不同于 Python

PHP7.4: OpenSSL AES-CFB encryption different to Python

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