如何在GCM模式下使用AES链接BCryptEncrypt和BCryptDecrypt调用？

Question

如何在GCM模式下使用AES链接BCryptEncrypt和BCryptDecrypt调用？

使用Windows CNG API,我能够在GCM模式下使用AES对身份验证的各个数据块进行加密和解密.我现在想要连续加密和解密多个缓冲区.

根据CNG的文档,支持以下方案:

如果加密或解密的输入分散在多个缓冲区中,则必须将调用链接到BCryptEncrypt和BCryptDecrypt函数.通过在dwFlags成员中设置BCRYPT_AUTH_MODE_IN_PROGRESS_FLAG标志来指示链接.

如果我理解正确,这意味着我可以BCryptEncrypt在多个缓冲区上顺序调用,最后获取组合缓冲区的验证标记.类似地,我可以BCryptDecrypt在多个缓冲区上顺序调用,同时将实际的身份验证检查推迟到结束.我不能让它工作,看起来像值dwFlags被忽略.每当我使用BCRYPT_AUTH_MODE_IN_PROGRESS_FLAG,我得到的返回值0xc000a002,这等于STATUS_AUTH_TAG_MISMATCH为定义ntstatus.h.

即使参数pbIV标记为in/out,参数指向的元素pbIV也不会被修改BCryptEncrypt().这是预期的吗？我还查看了指针所指向pbNonce的BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO结构中的字段pPaddingInfo,但是那个字段也没有被修改.我也尝试"手动"推进IV,根据计数器方案自己修改内容,但这也没有帮助.

成功链接BCryptEncrypt和/或BCryptDecrypt功能的正确程序是什么？

Answer 1

Cod*_*ard 11

我设法让它发挥作用.似乎问题出在MSDN中,它应该提到设置BCRYPT_AUTH_MODE_CHAIN_CALLS_FLAG而不是BCRYPT_AUTH_MODE_IN_PROGRESS_FLAG.

#include <windows.h>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <Bcrypt.h>
#pragma comment(lib, "bcrypt.lib")

std::vector<BYTE> MakePatternBytes(size_t a_Length)
{
    std::vector<BYTE> result(a_Length);
    for (size_t i = 0; i < result.size(); i++)
    {
        result[i] = (BYTE)i;
    }

    return result;
}

std::vector<BYTE> MakeRandomBytes(size_t a_Length)
{
    std::vector<BYTE> result(a_Length);
    for (size_t i = 0; i < result.size(); i++)
    {
        result[i] = (BYTE)rand();
    }

    return result;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    NTSTATUS bcryptResult = 0;
    DWORD bytesDone = 0;

    BCRYPT_ALG_HANDLE algHandle = 0;
    bcryptResult = BCryptOpenAlgorithmProvider(&algHandle, BCRYPT_AES_ALGORITHM, 0, 0);
    assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptOpenAlgorithmProvider");

    bcryptResult = BCryptSetProperty(algHandle, BCRYPT_CHAINING_MODE, (BYTE*)BCRYPT_CHAIN_MODE_GCM, sizeof(BCRYPT_CHAIN_MODE_GCM), 0);
    assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptSetProperty(BCRYPT_CHAINING_MODE)");

    BCRYPT_AUTH_TAG_LENGTHS_STRUCT authTagLengths;
    bcryptResult = BCryptGetProperty(algHandle, BCRYPT_AUTH_TAG_LENGTH, (BYTE*)&authTagLengths, sizeof(authTagLengths), &bytesDone, 0);
    assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptGetProperty(BCRYPT_AUTH_TAG_LENGTH)");

    DWORD blockLength = 0;
    bcryptResult = BCryptGetProperty(algHandle, BCRYPT_BLOCK_LENGTH, (BYTE*)&blockLength, sizeof(blockLength), &bytesDone, 0);
    assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptGetProperty(BCRYPT_BLOCK_LENGTH)");

    BCRYPT_KEY_HANDLE keyHandle = 0;
    {
        const std::vector<BYTE> key = MakeRandomBytes(blockLength);
        bcryptResult = BCryptGenerateSymmetricKey(algHandle, &keyHandle, 0, 0, (PUCHAR)&key[0], key.size(), 0);
        assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptGenerateSymmetricKey");
    }

    const size_t GCM_NONCE_SIZE = 12;
    const std::vector<BYTE> origNonce = MakeRandomBytes(GCM_NONCE_SIZE);
    const std::vector<BYTE> origData  = MakePatternBytes(256);

    // Encrypt data as a whole
    std::vector<BYTE> encrypted = origData;
    std::vector<BYTE> authTag(authTagLengths.dwMinLength);
    {
        BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO authInfo;
        BCRYPT_INIT_AUTH_MODE_INFO(authInfo);
        authInfo.pbNonce = (PUCHAR)&origNonce[0];
        authInfo.cbNonce = origNonce.size();
        authInfo.pbTag   = &authTag[0];
        authInfo.cbTag   = authTag.size();

        bcryptResult = BCryptEncrypt
            (
            keyHandle,
            &encrypted[0], encrypted.size(),
            &authInfo,
            0, 0,
            &encrypted[0], encrypted.size(),
            &bytesDone, 0
            );

        assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptEncrypt");
        assert(bytesDone == encrypted.size());
    }

    // Decrypt data in two parts
    std::vector<BYTE> decrypted = encrypted;
    {
        DWORD partSize = decrypted.size() / 2;

        std::vector<BYTE> macContext(authTagLengths.dwMaxLength);

        BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO authInfo;
        BCRYPT_INIT_AUTH_MODE_INFO(authInfo);
        authInfo.pbNonce = (PUCHAR)&origNonce[0];
        authInfo.cbNonce = origNonce.size();
        authInfo.pbTag   = &authTag[0];
        authInfo.cbTag   = authTag.size();
        authInfo.pbMacContext = &macContext[0];
        authInfo.cbMacContext = macContext.size();

        // IV value is ignored on first call to BCryptDecrypt.
        // This buffer will be used to keep internal IV used for chaining.
        std::vector<BYTE> contextIV(blockLength);

        // First part
        authInfo.dwFlags = BCRYPT_AUTH_MODE_CHAIN_CALLS_FLAG;
        bcryptResult = BCryptDecrypt
            (
            keyHandle,
            &decrypted[0*partSize], partSize,
            &authInfo,
            &contextIV[0], contextIV.size(),
            &decrypted[0*partSize], partSize,
            &bytesDone, 0
            );

        assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptDecrypt");
        assert(bytesDone == partSize);

        // Second part
        authInfo.dwFlags &= ~BCRYPT_AUTH_MODE_CHAIN_CALLS_FLAG;
        bcryptResult = BCryptDecrypt
            (
            keyHandle,
            &decrypted[1*partSize], partSize,
            &authInfo,
            &contextIV[0], contextIV.size(),
            &decrypted[1*partSize], partSize,
            &bytesDone, 0
            );

        assert(BCRYPT_SUCCESS(bcryptResult) || !"BCryptDecrypt");
        assert(bytesDone == partSize);
    }

    // Check decryption
    assert(decrypted == origData);

    // Cleanup
    BCryptDestroyKey(keyHandle);
    BCryptCloseAlgorithmProvider(algHandle, 0);

    return 0;
}

Run Code Online (Sandbox Code Playgroud)

Answer 2

Joh*_*dge 10

@Codeguard 的回答让我完成了我正在从事的项目，这让我首先找到了这个问题/答案；然而，我仍然遇到了一些问题。下面是我遵循的过程，并指出了棘手的部分。您可以在上面的链接中查看实际代码：

用于BCryptOpenAlgorithmProvider使用打开算法提供程序BCRYPT_AES_ALGORITHM。
用于将BCryptSetProperty设为。BCRYPT_CHAINING_MODEBCRYPT_CHAIN_MODE_GCM
用于BCryptGetProperty获取BCRYPT_OBJECT_LENGTHBCrypt 库用于加密/解密操作的分配。根据您的实施情况，您可能还需要：
- 用于BCryptGetProperty确定BCRYPT_BLOCK_SIZE和分配 IV 的暂存空间。Windows API 在每次调用时都会更新 IV，并且调用者负责为该使用提供内存。
- 用于BCryptGetProperty确定BCRYPT_AUTH_TAG_LENGTH并为尽可能大的标记分配暂存空间。与 IV 一样，调用者负责提供这个空间，API 每次都会更新该空间。
初始化BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO结构体：
- 初始化结构体BCRYPT_INIT_AUTH_MODE_INFO()
- 初始化pbNonceandcbNonce字段。请注意，对于第一次调用BCryptEncrypt/ BCryptDecrypt，IV 作为输入被忽略，并且该字段用作“IV”。但是，IV 参数将由第一次调用更新并由后续调用使用，因此仍必须为其提供空间。此外，对于所有对/ 的调用，pbNonce和cbNonce字段必须保持设置状态（即使它们在第一次调用后未使用），否则这些调用将会抱怨。BCryptEncryptBCryptDecrypt
- 初始化pbAuthData和cbAuthData. 在我的项目中，我在第一次调用BCryptEncrypt/之前设置这些字段，并在之后BCryptDecrypt立即将它们重置为NULL/ 。0您可以在这些调用期间传递NULL/0作为输入和输出参数。
- 初始化pbTag和cbTag. pbTag可以直到检索或检查标签时NULL最终调用BCryptEncrypt/为止，但必须设置，否则/会抱怨。BCryptDecryptcbTagBCryptEncryptBCryptDecrypt
- 初始化pbMacContext和cbMacContext. 这些指向BCryptEncrypt/的暂存空间BCryptDecrypt，用于跟踪 tag/mac 的当前状态。
- 初始化cbAAD并cbData到0. API 使用这些字段，因此您可以随时读取它们，但在最初将它们设置为0.
- 初始化dwFlags为BCRYPT_AUTH_MODE_CHAIN_CALLS_FLAG. 初始化后，应使用|=或对此字段进行更改&=。Windows 还在该字段中设置了调用者需要注意不要更改的标志。
用于BCryptGenerateSymmetricKey导入用于加密/解密的密钥。请注意，您需要提供与BCRYPT_OBJECT_LENGTH此调用关联的内存，以供BCryptEncrypt/BCryptDecrypt在操作期间使用。
致电BCryptEncrypt/BCryptDecrypt联系您的 AAD（如果有）；此调用不需要提供输入或输出空间。cbAAD（如果调用成功，您可以看到结构字段中反映的 AAD 大小BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO。）
1. 设置pbAuthData和cbAuthData来反映 AAD。
2. 致电BCryptEncrypt或BCryptDecrypt.
3. 设置pbAuthData并cbAuthData返回到NULL和0。
呼叫BCryptEncrypt/ BCryptDecrypt“N-1”次
- 传递给每次调用的数据量必须是算法块大小的倍数。
- 不要将dwFlags调用的参数设置为以外的任何参数0。
- 输出空间必须等于或大于输入的大小
最后一次调用BCryptEncrypt/ （有或没有明文/密文输入/输出）。BCryptDecrypt对于此调用，输入的大小不必是算法块大小的倍数。dwFlags仍设置为0.
1. pbTag将结构的字段设置BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO为存储生成的标签的位置或要验证的标签的位置，具体取决于操作是加密还是解密。
2. 使用语法BCRYPT_AUTH_MODE_CHAIN_CALLS_FLAG从结构dwFlags的字段中删除。BCRYPT_AUTHENTICATED_CIPHER_MODE_INFO&=
称呼BCryptDestroyKey
称呼BCryptCloseAlgorithmProvider

此时，明智的做法是消除与相关的空间BCRYPT_OBJECT_LENGTH。

归档时间：	10 年，8 月前
查看次数：	4569 次
最近记录：	10 年，8 月前