使用 AesGcm 类

Question

我刚刚注意到 .NET Standard 2.1/.NET Core 3.0 终于添加了一个用于 AES-GCM 加密的类。

然而，它的 API 似乎与通常的 .NET 加密类略有不同：它的Encrypt功能要求为密文和标签预先分配字节数组，而不是自己提供它们。不幸的是，文档中没有显示正确使用该类的示例。

我知道如何在理论上计算 AES 加密的预期密文大小，但我想知道这是否真的是“猜测”密文缓冲区大小的预期方法。通常加密库提供处理这些计算的函数。

有人有关于如何使用正确加密字节数组的示例AesGcm吗？

Answer 1

我现在想通了。

我忘了在 GCM 中，密文与明文的长度相同；与 CBC 等其他加密模式相反，不需要填充。随机数和标签长度分别由NonceByteSizes和 的TagByteSizes属性决定AesGcm。

使用它，可以通过以下方式进行加密：

public string Encrypt(string plain)
{
    // Get bytes of plaintext string
    byte[] plainBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(plain);
    
    // Get parameter sizes
    int nonceSize = AesGcm.NonceByteSizes.MaxSize;
    int tagSize = AesGcm.TagByteSizes.MaxSize;
    int cipherSize = plainBytes.Length;
    
    // We write everything into one big array for easier encoding
    int encryptedDataLength = 4 + nonceSize + 4 + tagSize + cipherSize;
    Span<byte> encryptedData = encryptedDataLength < 1024
                             ? stackalloc byte[encryptedDataLength]
                             : new byte[encryptedDataLength].AsSpan();
    
    // Copy parameters
    BinaryPrimitives.WriteInt32LittleEndian(encryptedData.Slice(0, 4), nonceSize);
    BinaryPrimitives.WriteInt32LittleEndian(encryptedData.Slice(4 + nonceSize, 4), tagSize);
    var nonce = encryptedData.Slice(4, nonceSize);
    var tag = encryptedData.Slice(4 + nonceSize + 4, tagSize);
    var cipherBytes = encryptedData.Slice(4 + nonceSize + 4 + tagSize, cipherSize);
    
    // Generate secure nonce
    RandomNumberGenerator.Fill(nonce);
    
    // Encrypt
    using var aes = new AesGcm(_key);
    aes.Encrypt(nonce, plainBytes.AsSpan(), cipherBytes, tag);
    
    // Encode for transmission
    return Convert.ToBase64String(encryptedData);
}

相应地，解密过程如下：

public string Decrypt(string cipher)
{
    // Decode
    Span<byte> encryptedData = Convert.FromBase64String(cipher).AsSpan();
    
    // Extract parameter sizes
    int nonceSize = BinaryPrimitives.ReadInt32LittleEndian(encryptedData.Slice(0, 4));
    int tagSize = BinaryPrimitives.ReadInt32LittleEndian(encryptedData.Slice(4 + nonceSize, 4));
    int cipherSize = encryptedData.Length - 4 - nonceSize - 4 - tagSize;
    
    // Extract parameters
    var nonce = encryptedData.Slice(4, nonceSize);
    var tag = encryptedData.Slice(4 + nonceSize + 4, tagSize);
    var cipherBytes = encryptedData.Slice(4 + nonceSize + 4 + tagSize, cipherSize);
    
    // Decrypt
    Span<byte> plainBytes = cipherSize < 1024
                          ? stackalloc byte[cipherSize]
                          : new byte[cipherSize];
    using var aes = new AesGcm(_key);
    aes.Decrypt(nonce, cipherBytes, tag, plainBytes);
    
    // Convert plain bytes back into string
    return Encoding.UTF8.GetString(plainBytes);
}

有关完整实现和示例，请参阅dotnetfiddle。

请注意，我是为网络传输而编写的，因此所有内容都被编码为一个大的 base-64 字符串；或者，您可以返回nonce,tag并cipherBytes通过out参数单独返回。

网络设置也是我发送 nonce 和标签大小的原因：该类可能由具有不同运行时环境的不同应用程序使用，这些应用程序可能具有不同的支持参数大小。