【PHP】对称加密算法 AES-256-GCM 代码示例

前言

下面介绍在PHP代码中，如何对数据进行 AES-256-GCM 加密和解密。我们可以使用 openssl 和 sodium 扩展来实现加密，它们都支持 AES-256-GCM 算法，下面将给出两种扩展的代码示例。

注：在对称加密算法中，除了应用广泛的 AES 以外，还有一种名为 ChaCha20-Poly1305 的新式加密算法，它的性能比 AES 更好（如果CPU支持AES指令硬件加速，则AES性能更好），安全性也不输AES。sodium 扩展支持 ChaCha20-Poly1305。

环境

PHP 7.3

一、使用openssl扩展

function aes256gcm_encrypt(string $data, string $keygen, string $aad = ''): array
{
    $cipher = 'aes-256-gcm';
    $ivLen = openssl_cipher_iv_length($cipher);
    $iv = random_bytes($ivLen); // 12字节的iv
    $encrypt = openssl_encrypt($data, $cipher, $keygen, OPENSSL_RAW_DATA, $iv,$tag, $aad);
    return [
        'iv'          => base64_encode($iv),
        'tag'         => base64_encode($tag),
        'aad'         => base64_encode($aad),
        'cipher_text' => base64_encode($encrypt),
    ];
}

function aes256gcm_decrypt(array $secretData, string $keygen)
{
    $iv = base64_decode($secretData['iv']);
    $tag = base64_decode($secretData['tag']);
    $aad = base64_decode($secretData['aad']);
    $cipherText = base64_decode($secretData['cipher_text']);

    $cipher = 'aes-256-gcm';
    return openssl_decrypt($cipherText, $cipher, $keygen, OPENSSL_RAW_DATA, $iv, $tag, $aad);
}

function main()
{
    // AES-256-GCM需要32字节的密钥
    $keygen = bin2hex(random_bytes(16));
    // 加密
    $data = 'Hello World!';
    $secretData = aes256gcm_encrypt($data, $keygen, 'foobar');
    // 解密
    $plainText = aes256gcm_decrypt($secretData, $keygen);

    echo "原文：$data\n";
    echo "密文数据：" . json_encode($secretData) . "\n";
    echo "解密后：$plainText\n";
}

main();

二、使用 sodium 扩展

function aes256gcm_encrypt(string $data, string $keygen, string $aad = ''): array
{
    $iv = random_bytes(SODIUM_CRYPTO_AEAD_AES256GCM_NPUBBYTES);
    $encrypt = sodium_crypto_aead_aes256gcm_encrypt($data, $aad, $iv, $keygen); // 包含密文、tag
    return [
        'iv'          => sodium_bin2base64($iv, SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL),
        'aad'         => sodium_bin2base64($aad, SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL),
        'cipher_text' => sodium_bin2base64($encrypt, SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL),
    ];
}

function aes256gcm_decrypt(array $secretData, string $keygen)
{
    $iv = sodium_base642bin($secretData['iv'], SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL);
    $aad = sodium_base642bin($secretData['aad'], SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL);
    $cipherText = sodium_base642bin($secretData['cipher_text'], SODIUM_BASE64_VARIANT_ORIGINAL);
    return sodium_crypto_aead_aes256gcm_decrypt($cipherText, $aad, $iv, $keygen);
}

function main()
{
    if (!sodium_crypto_aead_aes256gcm_is_available()) {
        exit('Not support AES-256-GCM');
    }

    // 生成AES-256-GCM的密钥
    $keygen = sodium_crypto_aead_aes256gcm_keygen();
    // 加密
    $data = 'Hello World!';
    $secretData = aes256gcm_encrypt($data, $keygen, 'foobar');
    // 解密
    $plainText = aes256gcm_decrypt($secretData, $keygen);

    echo "原文：$data\n";
    echo "密文数据：" . json_encode($secretData) . "\n";
    echo "解密后：$plainText\n";
}

main();

AAD参数（Additional Authenticated Data）

在上面的代码示例中，可以看到在加密的时候有一个$aad参数，如果在加密的时候使用了这个参数，那么在解密时也需要使用同样的AAD值才能成功解密。

什么时候会需要用到AAD呢？下面举个例子：
用户Alice在CSDN博客上写了一篇私密文章，CSDN使用 AES-256-GCM 加密了这篇文章，然后存储到了数据库里，AAD的取值是Alice的用户ID。

后续如果Alice去查看这篇文章，CSDN会使用Alice的用户ID（AAD值）去解密，因为解密的AAD值与加密的AAD值相同，所以可以成功解密。

然后有一个黑客Bob，他也向CSDN发出解密这篇文章的请求，CSDN就会使用Bob的用户ID作为AAD去解密这篇文章，但因为AAD值错误，肯定是解密不了的，所以这时候AAD的作用就体现了出来。

参阅

• https://cloud.google.com/kms/docs/additional-authenticated-data?hl=zh-cn