java - 如何处理 AES CTR 的 IV/Nonce/Counter？

Question

import javax.crypto.Cipher;

public abstract class Crypto {


    private static final String CIPHER_ALGORITHM = "AES/CTR/NoPadding";
    private String AesKeyString = "ByWelFHCgFqivFZrWs89LQ==";

    private void setKey() throws NoSuchAlgorithmException{
        byte[] keyBytes;
        keyBytes = Base64.getDecoder().decode(AesKeyString);
        aesKey = new SecretKeySpec(keyBytes, "AES");
    }

    protected byte[] execute(int mode, byte[] target, byte[] iv) 
            throws Exception{
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
        IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);
        cipher.init(mode, aesKey, ivSpec);
        return cipher.doFinal(target);
    }

}

根据NIST Recommendation - 附录 B，有两种有效的方法来构造初始计数器 block (AES 是 128 位 block 密码):

1. 128 位随机数与 m 位计数器值(通常为 32 位)进行异或。
2. 64 位随机数前置到 64 位计数器。

我的问题是:

• 关于所使用的初始计数器 block 的确切过程是什么 在 javax.crypto.Cipher 的“AES/CTR/NoPadding”实例中(假设 SunJCE 作为提供者)？ 也就是说，给定上述代码，使用先前的哪种初始计数器 block 方法(如果有)？

Answer 1

Java 只是让您自行选择构造计数器的方式。您只需使用 16 字节 IV 初始化 CTR 模式，这只不过是初始计数器值。

一旦开始加密，它将使用超过 128 位的计数器。话又说回来，您几乎不希望它重新开始，因为这会直接损害明文的安全性。缺点是不直接支持 32 位 XOR 方法(如果从 FFFFFFFF 计数器开始，下一个值将更改计数器的第 33 个最低有效位)。

话又说回来，我宁愿选择 8 字节随机数并将最低有效位设置为全零。或者当然选择GCM模式。

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证明:

Cipher aesCTR = Cipher.getInstance("AES/CTR/NoPadding");
SecretKey aesKey = new SecretKeySpec(new byte[16], "AES");
IvParameterSpec lastIV = new IvParameterSpec(Hex.decode("FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF"));
aesCTR.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, aesKey, lastIV);
byte[] twoBlocks = aesCTR.doFinal(new byte[2 * aesCTR.getBlockSize()]);
byte[] secondBlock = Arrays.copyOfRange(twoBlocks, 16, 32);
System.out.printf("%s%n", Hex.toHexString(secondBlock));

IvParameterSpec firstIV = new IvParameterSpec(new byte[16]); // all zero IV
aesCTR.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, aesKey, firstIV);
byte[] oneBlock = aesCTR.doFinal(new byte[aesCTR.getBlockSize()]);
System.out.printf("%s%n", Hex.toHexString(oneBlock));

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输出:

66e94bd4ef8a2c3b884cfa59ca342b2e
66e94bd4ef8a2c3b884cfa59ca342b2e