实战篇-OpenSSL之AES加密算法-OFB128模式

本文属于《OpenSSL加密算法库使用系列教程》之一，欢迎查看其它文章。

一、AES简介

密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。

这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS
PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

AES属于对称加密算法，加解密使用同一个秘钥。

对称加密算法，一般有至少4种模式，即ECB、CBC、CFB、OFB等。

具体的加密原理，就不进行介绍了，本文主要从使用角度，进行说明。

以下命令行和编程实现，均基于OpenSSL开源库。在命令行中，我们可以使用命令实现对文件加解密，以验证我们的编程实现，是否正确。

二、OFB128模式

输出反馈模式 Output Feedback Mode(OFB)。输出反馈模式与CFB 相似，惟一差别是，CFB 中密文填入加密过程下一阶段，而 在OFB 中，初始化向量加密过程的输入填入加密过程下一阶段。

1、命令行操作

使用aes-128-ofb对hello.txt加密，128位密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad，初始化向量为667b02a85c61c786def4521b060265e8，密文为hello.en。

openssl enc -e -aes-128-ofb -in hello.txt -out hello.en -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad -iv 667b02a85c61c786def4521b060265e8

使用aes-128-ofb对hello.en解密，128位密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad，初始化向量为667b02a85c61c786def4521b060265e8，解密后的文件为hello.de。

openssl enc -d -aes-128-ofb -in hello.en -out hello.de -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad -iv 667b02a85c61c786def4521b060265e8

2、函数说明

AES OFB128加密/解密：

void AES_ofb128_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
                        size_t length, const AES_KEY *key,
                        unsigned char *ivec, int *num);

参数名称	含义
in	输入数据，长度任意
out	输出数据，长度与输入数据相等
length	输入数据的长度，字节数
key	使用AES_set_encrypt_key生成的Key
ivec	可读写的一块内存。长度必须是16字节。
num	应总是为0，否则会触发断言

AES_ofb128_encrypt在加密的过程中会修改ivec的内容，因此ivec参数不能是一个常量，而且不能在传递给加密函数后再立马传递给解密函数，必须重新赋值之后再传递给解密函数。

可以看到该函数没有加密和解密标识参数enc，即表明当in为明文时，执行的是加密操作；当in为密文时，执行的是解密操作，相当于是对等的。

3、编程实现

（1）特别注意

• OFB模式加密和解密均使用加密key，这一点比较反常，务必记住。
• OFB模式不需要对输入数据进行填充。
• AES_ofb128_encrypt函数既是加密，又是解密。当in为明文时，执行的是加密操作；当in为密文时，执行的是解密操作，相当于是对等的。

（2）实现OFB128模式加解密

下面，函数已经封装完毕，如下：

/**
 * @brief AES::ofb128_encrypt
 * OFB128模式加解密，支持对任意长度明文进行加解密。
 * @param in 输入数据
 * @param out 输出结果
 * @param key 密钥，长度必须是16/24/32字节，否则加密失败
 * @param ivec 初始向量，长度必须是16字节
 * @param enc true-加密，false-解密
 * @return 执行结果
 */
bool AES::ofb128_encrypt(const QByteArray &in, QByteArray &out, const QByteArray &key, const QByteArray &ivec, bool enc)
{
    // 检查密钥合法性(只能是16、24、32字节)
    Q_ASSERT(key.size() == 16 || key.size() == 24 || key.size() == 32);
    Q_ASSERT(ivec.size() == 16); // 初始向量为16字节

    // 特别注意：OFB模式加密和解密均使用加密key。
    // 生成加密key
    AES_KEY aes_key;
    if (AES_set_encrypt_key((const unsigned char*)key.data(), key.size() * 8, &aes_key) != 0)
    {
        return false;
    }

    Q_UNUSED(enc);

    // 特别注意：加密与解密执行相同的操作
    // 执行OFB128模式加密或解密
    int num = 0;
    QByteArray ivecTemp = ivec; // ivec会被修改，故需要临时变量来暂存
    out.resize(in.size()); // 调整输出buf大小
    AES_ofb128_encrypt((const unsigned char*)in.data(),
                    (unsigned char*)out.data(),
                    in.size(),
                    &aes_key,
                    (unsigned char*)ivecTemp.data(),
                    &num);
    return true;
}

加解密过程：

• 生成加密key
• 执行加解密

经测试，本函数支持对任意长度输入数据进行加解密。

（3）测试代码

void createTestData(QByteArray& data, int size)
{
    data.resize(size);
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        data[i] = i % 128;
    }
}

void testAES(const QByteArray& data)
{
    QByteArray plainText = data;
    QByteArray encryptText;
    QByteArray decryptText;

    QByteArray key = QByteArray::fromHex("8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad");
    QByteArray ivec = QByteArray::fromHex("667b02a85c61c786def4521b060265e8");

    // AES ofb128模式加密验证
    AES aes;
    aes.ofb128_encrypt(plainText, encryptText, key, ivec, true);     // 加密
    aes.ofb128_encrypt(encryptText, decryptText, key, ivec, false);  // 解密
    qDebug() << "AES ofb128 encrypt verify" << ((decryptText == plainText) ? "succeeded" : "failed");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 产生1MB+3B的测试数据，为了使该测试数据长度，不为8或16的整数倍
    QByteArray data;
    createTestData(data, 1*1024*1024+3);

    // 测试AES
    testAES(data);     // 测试，直接调用OpenSSL中AES算法函数

    return a.exec();
}

执行结果：

本文涉及工程代码地址：https://gitee.com/bailiyang/cdemo/tree/master/Qt/49OpenSSL/OpenSSL

---

若对你有帮助，欢迎点赞、收藏、评论，你的支持就是我的最大动力！！！

同时，阿超为大家准备了丰富的学习资料，欢迎关注公众号“超哥学编程”，即可领取。