CodeIgniter 加密类(新版)

加密类(新版)

重要

绝不要使用这个类或其他任何加密类来进行密码处理!密码应该是被哈希, 你应该使用 PHP 自带的 密码哈希扩展 。

加密类提供了双向数据加密的方式,为了实现密码学意义上的安全,它使用了一些并非在所有系统上都可用的 PHP 的扩展, 要使用这个类,你的系统上必须安装了下面的扩展:

  • OpenSSL (以及 PHP 5.3.3)
  • MCrypt (要支持 MCRYPT_DEV_URANDOM)

只要有一点不满足,我们就无法为你提供足够高的安全性。

使用加密类

初始化类

正如 CodeIgniter 中的其他类一样,在你的控制器中使用 $this->load->library() 方法来初始化加密类:

$this->load->library('encryption');

初始化之后,加密类的对象就可以这样访问:

$this->encryption

默认行为

默认情况下,加密类会通过你配置的 encryption_key 参数和 SHA512 HMAC 认证, 使用 AES-128 算法的 CBC 模式。

注解

选择使用 AES-128 算法不仅是因为它已经被证明相当强壮, 而且它也已经在不同的加密软件和编程语言 API 中广泛的使用了。

但是要注意的是,encryption_key 参数的用法可能并不是你想的那样。

如果你对密码学有点熟悉的话,你应该知道,使用 HMAC 算法认证也需要使用一个密钥, 而在加密的过程和认证的过程中使用相同的密钥可不是个好的做法。

正因为此,程序会从你的配置的 encryption_key 参数中派生出两个密钥来: 一个用于加密,另一个用于认证。这其实是通过一种叫做 HKDF (HMAC-based Key Derivation Function)的技术实现的。

设置 encryption_key 参数

加密密钥( encryption key )是用于控制加密过程的一小段信息,使用它可以对普通文本进行加密和解密。

这个过程可以保证只有你能对数据进行解密,其他人是看不到你的数据的,这其中的关键就是 加密密钥。 如果你使用了一个密钥来加密数据,那么就只能通过这个密钥来解密,所以你不仅应该仔细选择你的密钥, 还应该好好的保管好它,不要忘记了。

还有一点要注意的是,为了确保最高的安全性,这个密钥不仅 应该 越强壮越好,而且 应该 经常修改。 不过这在现实中很难做到,也不好实现,所以 CodeIgniter 提供了一个配置参数用于设置你的密钥, 这个密钥(几乎)每次都会用到。

不用说,你应该小心保管好你的密钥,如果有人得到了你的密钥,那么数据就能很容易的被解密。 如果你的服务器不在你的控制之下,想保证你的密钥绝对安全是不可能的, 所以在在你使用密钥对敏感数据(譬如信用卡号码)进行加密之前,请再三斟酌。

你的加密密钥的长度 必须 满足正在使用的加密算法允许的长度。例如,AES-128 算法最长支持 128 位(16 字节)。下面有一个表列出了不同算法支持的密钥长度。

你所使用的密钥应该越随机越好,它不能是一个普通的文本字符串,经过哈希函数处理过也不行。 为了生成一个合适的密钥,你应该使用加密类提供的create_key() 方法:

// $key will be assigned a 16-byte (128-bit) random key
$key = $this->encryption->create_key(16);

密钥可以保存在 application/config/config.php 配置文件中,或者你也可以设计你自己的存储机制, 然后加密解密的时候动态的去获取它。

如果要保存在配置文件 application/config/config.php 中,可以打开该文件,然后设置:

$config['encryption_key'] = 'YOUR KEY';

你会发现 create_key() 方法返回的是二进制数据,没办法复制粘贴,所以你可能还需要使用 bin2hex() 、 hex2bin() 或 Base64 编码来更好的处理密钥数据。例如:

// Get a hex-encoded representation of the key:
$key = bin2hex($this->encryption->create_key(16));

// Put the same value in your config with hex2bin(),
// so that it is still passed as binary to the library:
$config['encryption_key'] = hex2bin(<your hex-encoded key>);

支持的加密算法和模式

可移植的算法(Portable ciphers)

因为 MCrypt 和 OpenSSL (我们也称之为“驱动”)支持的加密算法不同,而且实现方式也不太一样, CodeIgniter 将它们设计成一种可移植的方式来使用,换句话说,你可以交换使用它们两个, 至少对它们两个驱动都支持的算法来说是这样。

而且 CodeIgniter 的实现也和其他编程语言和类库的标准实现一致。

下面是可移植算法的清单,其中 "CodeIgniter 名称" 一栏就是你在使用加密类的时候使用的名称:

算法名称 CodeIgniter 名称 密钥长度 (位 / 字节) 支持的模式
AES-128 / Rijndael-128 aes-128 128 / 16 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB
AES-192 aes-192 192 / 24 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB
AES-256 aes-256 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB
DES des 56 / 7 CBC, CFB, CFB8, OFB, ECB
TripleDES tripledes 56 / 7, 112 / 14, 168 / 21 CBC, CFB, CFB8, OFB
Blowfish blowfish 128-448 / 16-56 CBC, CFB, OFB, ECB
CAST5 / CAST-128 cast5 88-128 / 11-16 CBC, CFB, OFB, ECB
RC4 / ARCFour rc4 40-2048 / 5-256 Stream

重要

由于 MCrypt 的内部实现,如果你提供了一个长度不合适的密钥,它会使用另一种不同的算法来加密, 这将和你配置的算法不一致,所以要特别注意这一点!

注解

上表中还有一点要澄清,Blowfish、CAST5 和 RC4 算法支持可变长度的密钥,也就是说, 只要密钥的长度在指定范围内都是可以的。

注解

尽管 CAST5 支持的密钥的长度可以小于 128 位(16 字节),其实实际上,根据 RFC 2144 我们知道,它会用 0 进行补齐到最大长度。

注解

Blowfish 算法支持最短 32 位(4 字节)的密钥,但是经过我们的测试发现,只有密钥长度大于等于 128 位(16 字节) 时,才可以很好的同时支持 MCrypt 和 OpenSSL ,再说,设置这么短的密钥也不是好的做法。

特定驱动的算法(Driver-specific ciphers)

正如前面所说,MCrypt 和 OpenSSL 支持不同的加密算法,所以你也可以选择下面这些只针对某一特定驱动的算法。 但是为了移植性考虑,而且这些算法也没有经过彻底测试,我们并不建议你使用这些算法。

算法名称 驱动 密钥长度 (位 / 字节) 支持的模式
AES-128 OpenSSL 128 / 16 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB, XTS
AES-192 OpenSSL 192 / 24 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB, XTS
AES-256 OpenSSL 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, ECB, XTS
Rijndael-128 MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
Rijndael-192 MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
Rijndael-256 MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
GOST MCrypt 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
Twofish MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
CAST-128 MCrypt 40-128 / 5-16 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
CAST-256 MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
Loki97 MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
SaferPlus MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
Serpent MCrypt 128 / 16, 192 / 24, 256 / 32 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
XTEA MCrypt 128 / 16 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
RC2 MCrypt 8-1024 / 1-128 CBC, CTR, CFB, CFB8, OFB, OFB8, ECB
RC2 OpenSSL 8-1024 / 1-128 CBC, CFB, OFB, ECB
Camellia-128 OpenSSL 128 / 16 CBC, CFB, CFB8, OFB, ECB
Camellia-192 OpenSSL 192 / 24 CBC, CFB, CFB8, OFB, ECB
Camellia-256 OpenSSL 256 / 32 CBC, CFB, CFB8, OFB, ECB
Seed OpenSSL 128 / 16 CBC, CFB, OFB, ECB

注解

如果你要使用这些算法,你只需将它的名称以小写形式传递给加密类即可。

注解

你可能已经注意到,所有的 AES 算法(以及 Rijndael-128 算法)也在上面的可移植算法列表中出现了, 这是因为这些算法支持不同的模式。还有很重要的一点是,在使用 128 位的密钥时,AES-128 和 Rijndael-128 算法其实是一样的。

注解

CAST-128 / CAST-5 算法也在两个表格都出现了,这是因为当密钥长度小于等于 80 位时, OpenSSL 的实现貌似有问题。

注解

列表中可以看到 RC2 算法同时被 MCrypt 和 OpenSSL 支持,但是两个驱动对它的实现方式是不一样的, 而且也是不能移植的。我们只找到了一条关于这个的不确定的消息可能是 MCrypt 的实现有问题。

加密模式

加密算法的不同模式有着不同的特性,它们有着不同的目的,有的可能比另一些更强壮,有的可能速度更快, 有的可能提供了额外的功能。 我们并不打算深入研究这个,这应该是密码学专家做的事。下表将向我们普通的用户列出一些简略的参考信息。 如果你是个初学者,直接使用 CBC 模式就可以了,一般情况下它已经足够强壮和安全,并且已经被广泛接受。

模式名称 CodeIgniter 名称 支持的驱动 备注
CBC cbc MCrypt, OpenSSL 安全的默认选择
CTR ctr MCrypt, OpenSSL 理论上比 CBC 更好,但并没有广泛使用
CFB cfb MCrypt, OpenSSL N/A
CFB8 cfb8 MCrypt, OpenSSL 和 CFB 一样,但是使用 8 位模式(不推荐)
OFB ofb MCrypt, OpenSSL N/A
OFB8 ofb8 MCrypt 和 OFB 一样,但是使用 8 位模式(不推荐)
ECB ecb MCrypt, OpenSSL 忽略 IV (不推荐)
XTS xts OpenSSL 通常用来加密可随机访问的数据,如 RAM 或 硬盘
Stream stream MCrypt, OpenSSL 这其实并不是一种模式,只是表明使用了流加密,通常在 算法+模式 的初始化过程中会用到。

消息长度

有一点对你来说可能很重要,加密的字符串通常要比原始的文本字符串要长(取决于算法)。

这个会取决于加密所使用的算法,添加到密文上的 IV ,以及添加的 HMAC 认证信息。 另外,为了保证传输的安全性,加密消息还会被 Base64 编码。

当你选择数据保存机制时请记住这一点,譬如 Cookie 只能存储 4k 的信息。

配置类库

考虑到可用性,性能,以及一些历史原因,加密类使用了和老的 加密类 一样的驱动、 加密算法、模式 和 密钥。

上面的 "默认行为" 一节已经提到,系统将自动检测驱动(OpenSSL 优先级要高点),使用 CBC 模式的 AES-128 算法,以及$config['encryption_key'] 参数。

如果你想改变这点,你需要使用 initialize() 方法,它的参数为一个关联数组,每一项都是可选:

选项 可能的值
driver 'mcrypt', 'openssl'
cipher 算法名称(参见 支持的加密算法和模式
mode 加密模式(参见 加密模式
key 加密密钥

例如,如果你想将加密算法和模式改为 AES-126 CTR ,可以这样:

$this->encryption->initialize(
    array(
        'cipher' => 'aes-256',
        'mode' => 'ctr',
        'key' => '<a 32-character random string>'
    )
);

另外,我们也可以设置一个密钥,如前文所说,针对所使用的算法选择一个合适的密钥非常重要。

我们还可以修改驱动,如果你两种驱动都支持,但是出于某种原因你想使用 MCrypt 来替代 OpenSSL

// Switch to the MCrypt driver
$this->encryption->initialize(array('driver' => 'mcrypt'));

// Switch back to the OpenSSL driver
$this->encryption->initialize(array('driver' => 'openssl'));

对数据进行加密与解密

使用已配置好的参数来对数据进行加密和解密是非常简单的,你只要将字符串传给 encrypt() 和/或 decrypt() 方法即可:

$plain_text = 'This is a plain-text message!';
$ciphertext = $this->encryption->encrypt($plain_text);

// Outputs: This is a plain-text message!
echo $this->encryption->decrypt($ciphertext);

这样就行了!加密类会为你完成所有必须的操作并确保安全,你根本不用关系细节。

重要

两个方法在遇到错误时都会返回 FALSE ,如果是 encrypt() 返回 FALSE , 那么只可能是配置参数错了。在生产代码中一定要对 decrypt() 方法进行检查。

实现原理

如果你非要知道整个过程的实现步骤,下面是内部的实现:

  • $this->encryption->encrypt($plain_text)
    1. 通过 HKDF 和 SHA-512 摘要算法,从你配置的 encryption_key 参数中获取两个密钥:加密密钥 和 HMAC 密钥。
    2. 生成一个随机的初始向量(IV)。
    3. 使用上面的加密密钥和 IV ,通过 AES-128 算法的 CBC 模式(或其他你配置的算法和模式)对数据进行加密。
    4. 将 IV 附加到密文后。
    5. 对结果进行 Base64 编码,这样就可以安全的保存和传输它,而不用担心字符集问题。
    6. 使用 HMAC 密钥生成一个 SHA-512 HMAC 认证消息,附加到 Base64 字符串后,以保证数据的完整性。
  • $this->encryption->decrypt($ciphertext)
    1. 通过 HKDF 和 SHA-512 摘要算法,从你配置的 encryption_key 参数中获取两个密钥:加密密钥 和 HMAC 密钥。 由于 encryption_key 不变,所以生成的结果和上面 encrypt() 方法生成的结果是一样的,否则你没办法解密。
    2. 检查字符串的长度是否足够长,并从字符串中分离出 HMAC ,然后验证是否一致(这可以防止时序攻击(timing attack)), 如果验证失败,返回 FALSE 。
    3. 进行 Base64 解码。
    4. 从密文中分离出 IV ,并使用 IV 和 加密密钥对数据进行解密。

使用自定义参数

假设你需要和另一个系统交互,这个系统不受你的控制,而且它使用了其他的方法来加密数据, 加密的方式和我们上面介绍的流程不一样。

在这种情况下,加密类允许你修改它的加密和解密的流程,这样你就可以简单的调整成自己的解决方案。

注解

通过这种方式,你可以不用在配置文件中配置 encryption_key 就能使用加密类。

你所需要做的就是传一个包含一些参数的关联数组到 encrypt() 或 decrypt() 方法,下面是个例子:

// Assume that we have $ciphertext, $key and $hmac_key
// from on outside source

$message = $this->encryption->decrypt(
    $ciphertext,
    array(
        'cipher' => 'blowfish',
        'mode' => 'cbc',
        'key' => $key,
        'hmac_digest' => 'sha256',
        'hmac_key' => $hmac_key
    )
);

在上面的例子中,我们对一段使用 CBC 模式的 Blowfish 算法加密的消息进行解密,并使用 SHA-256 HMAC 认证方式。

重要

注意在这个例子中 'key' 和 'hmac_key' 参数都要指定,当使用自定义参数时,加密密钥和 HMAC 密钥 不再是默认的那样从配置参数中自动获取的了。

下面是所有可用的选项。

但是,除非你真的需要这样做,并且你知道你在做什么,否则我们建议你不要修改加密的流程,因为这会影响安全性, 所以请谨慎对待。

选项 默认值 必须的 / 可选的 描述
cipher N/A Yes 加密算法(参见 支持的加密算法和模式
mode N/A Yes 加密模式(参见 加密模式
key N/A Yes 加密密钥
hmac TRUE No 是否使用 HMAC 布尔值,如果为 FALSE ,hmac_digest 和 hmac_key 将被忽略
hmac_digest sha512 No HMAC 消息摘要算法(参见 支持的 HMAC 认证算法
hmac_key N/A Yes,除非 hmac 设为 FALSE HMAC 密钥
raw_data FALSE No 加密文本是否保持原样 布尔值,如果为 TRUE ,将不执行 Base64 编码和解码操作 HMAC 也不会是十六进制字符串

重要

encrypt() and decrypt() will return FALSE if a mandatory parameter is not provided or if a provided value is incorrect. This includeshmac_key, unless hmac is set to FALSE.

支持的 HMAC 认证算法

对于 HMAC 消息认证,加密类支持使用 SHA-2 家族的算法:

算法 原始长度(字节) 十六进制编码长度(字节)
sha512 64 128
sha384 48 96
sha256 32 64
sha224 28 56

之所以没有包含一些其他的流行算法,譬如 MD5 或 SHA1 ,是因为这些算法目前已被证明不够安全, 我们并不鼓励使用它们。如果你非要使用这些算法,简单的使用 PHP 的原生函数 hash_hmac() 也可以。

当未来出现广泛使用的更好的算法时,我们自然会将其添加进去。

类参考

classCI_Encryption

initialize($params)

参数:

  • $params (array) -- Configuration parameters

返回: CI_Encryption instance (method chaining)

返回类型: CI_Encryption

初始化加密类的配置,使用不同的驱动,算法,模式 或 密钥。

例如:

$this->encryption->initialize(
    array('mode' => 'ctr')
);

请参考 配置类库 一节了解详细信息。

encrypt($data[, $params = NULL])

参数:

  • $data (string) -- Data to encrypt
  • $params (array) -- Optional parameters

返回: Encrypted data or FALSE on failure

返回类型: string

对输入数据进行加密,并返回密文。

例如:

$ciphertext = $this->encryption->encrypt('My secret message');

请参考 使用自定义参数 一节了解更多参数信息。

decrypt($data[, $params = NULL])

参数:

  • $data (string) -- Data to decrypt
  • $params (array) -- Optional parameters

返回: Decrypted data or FALSE on failure

返回类型: string

对输入数据进行解密,并返回解密后的文本。

例如:

echo $this->encryption->decrypt($ciphertext);

请参考 使用自定义参数 一节了解更多参数信息。

create_key($length)

参数:

  • $length (int) -- Output length

返回: A pseudo-random cryptographic key with the specified length, or FALSE on failure

返回类型: string

从操作系统获取随机数据(例如 /dev/urandom),并生成加密密钥。

hkdf($key[, $digest = 'sha512'[, $salt = NULL[, $length = NULL[, $info = '']]]])

参数:

  • $key (string) -- Input key material
  • $digest (string) -- A SHA-2 family digest algorithm
  • $salt (string) -- Optional salt
  • $length (int) -- Optional output length
  • $info (string) -- Optional context/application-specific info

返回: A pseudo-random key or FALSE on failure

返回类型: string

从一个密钥生成另一个密钥(较弱的密钥)。

这是内部使用的一个方法,用于从配置的 encryption_key 参数生成一个加密密钥和 HMAC 密钥。

将这个方法公开,是为了可能会在其他地方使用到。关于这个算法的描述可以看 RFC 5869 。

和 RFC 5869 描述不同的是,这个方法不支持 SHA1 。

例如:

$hmac_key = $this->encryption->hkdf(
    $key,
    'sha512',
    NULL,
    NULL,
    'authentication'
);

// $hmac_key is a pseudo-random key with a length of 64 bytes
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