PHP AES 加解密示例

PHP 中 AES 加密和解密的原理主要基于对称加密算法。对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密操作，常见的对称加密算法包括 AES、DES、3DES 等。

AES 加密解密原理

在 PHP 中，你可以使用 OpenSSL 扩展来实现 AES 加密和解密。AES 加密算法采用分组密码的方式，将明文分成固定长度的数据块，然后对每个数据块使用相同的密钥进行加密。解密时使用相同的密钥对密文进行解密，还原出原始的明文。

具体的加密和解密过程如下：

加密过程

1. 选择一个合适的密钥，长度可以是 128 位、192 位或 256 位。
2. 选择一个合适的初始化向量（IV），长度为 16 字节（128 位）。
3. 将明文分成固定长度的数据块，每个数据块的长度与密钥长度相同（128 位）。
4. 使用密钥对每个数据块进行加密，生成相应的密文。
5. 可以选择使用 padding 方式对明文进行补齐，以确保明文的长度符合要求。常见的 padding 方式有 PKCS7、PKCS5 等。
6. 将加密后的数据块和初始化向量进行合并，生成最终的密文。

解密过程：

1. 获取加密过程中使用的密钥和初始化向量。
2. 将密文分成固定长度的数据块，每个数据块的长度与密钥长度相同（128 位）。
3. 使用相同的密钥对每个数据块进行解密，还原出相应的明文。
4. 可以选择使用相同的 padding 方式对解密后的数据进行处理，以确保还原的明文符合要求。
5. 将解密后的数据块和初始化向量进行合并，生成最终的明文。

需要注意的是，在实际应用中，为了确保数据的安全性，通常会在传输过程中对数据进行加密，并在接收端进行解密。同时，为了防止重复攻击和篡改攻击，还需要对数据进行校验和签名等操作。

示例

1. 创建合适的密钥

对于这个，我们可以生成一个随机字符串，长度为 32 字节就行（也就是 256 位），下面是一个例子：

function randomStr($length = 32)
{
    // 随机数种子
    mt_srand(microtime(true) * 1000000);

    $characters = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
    $charactersLength = strlen($characters);
    $randomString = '';
    for ($i = 0; $i < $length; $i++) {
        $randomString .= $characters[rand(0, $charactersLength - 1)];
    }

    return $randomString;
}

在这个例子中，我们默认生成 32 字节的字符串，当然 AES 也支持 16 字节的，根据我们需要去选择即可。

注意：在我们的应用中，不需要每次调用加密解密函数都去生成一个新的密钥。而是在整个应用的生命周期中，只使用同一个密钥。除非我们的密钥泄漏了，才需要去更换。

因为密钥需要用来加密，但是也需要使用同一个密钥来进行解密。

2. 加密

下面是一个加密的函数：

// 加密函数
public static function encrypt($key, $data): string
{
    $ivLength      = openssl_cipher_iv_length('AES-256-CBC');
    $iv            = openssl_random_pseudo_bytes($ivLength);
    $encryptedData = openssl_encrypt($data, 'AES-256-CBC', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);

    return base64_encode($iv . $encryptedData);
}

过程如下：

• 使用 openssl_cipher_iv_length 获取 AES-256-CBC 模式下的初始向量（IV）长度。
• 使用 openssl_random_pseudo_bytes 生成随机的初始向量 $iv。
• 使用 openssl_encrypt 对数据进行 AES-256-CBC 模式的加密，使用密钥 $key 和初始向量 $iv。
• 最后，将初始向量和加密后的数据拼接在一起，并使用 base64_encode 对结果进行 Base64 编码，返回最终的加密字符串。

注意：openssl_encrypt 得到的是二进制数据，我们一般需要进行 base64 转换为字节流来进行传输。

3. 解密

下面是一个解密的函数：

// 解密函数
public static function decrypt($key, $encryptedData)
{
    $data          = base64_decode($encryptedData);
    $ivLength      = openssl_cipher_iv_length('AES-256-CBC');
    $iv            = substr($data, 0, $ivLength);
    $encryptedData = substr($data, $ivLength);

    return openssl_decrypt($encryptedData, 'AES-256-CBC', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);
}

过程如下：

• 使用 base64_decode 对加密后的字符串进行 Base64 解码，得到包含初始向量和加密数据的二进制字符串 $data。
• 使用 openssl_cipher_iv_length 获取 AES-256-CBC 模式下的初始向量（IV）长度。
• 使用 substr 将初始向量 $iv 和加密数据 $encryptedData 分别截取出来。
• 使用 openssl_decrypt 对加密数据进行 AES-256-CBC 模式的解密，使用密钥 $key 和初始向量 $iv。
• 最终，返回解密后的原始数据。

完整代码如下：

class Aes
{
    // 加密函数
    public static function encrypt($key, $data): string
    {
        $ivLength      = openssl_cipher_iv_length('AES-256-CBC');
        $iv            = openssl_random_pseudo_bytes($ivLength);
        $encryptedData = openssl_encrypt($data, 'AES-256-CBC', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);

        return base64_encode($iv . $encryptedData);
    }

    // 解密函数
    public static function decrypt($key, $encryptedData)
    {
        $data          = base64_decode($encryptedData);
        $ivLength      = openssl_cipher_iv_length('AES-256-CBC');
        $iv            = substr($data, 0, $ivLength);
        $encryptedData = substr($data, $ivLength);

        return openssl_decrypt($encryptedData, 'AES-256-CBC', $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv);
    }
}

iv 的作用是什么？

我们在上面的代码中看到了有个叫 iv 的东西，那它是什么呢？到底有什么作用呢？

IV（Initialization Vector，初始化向量）是在对称加密算法中使用的一种辅助输入，主要作用是增加密码算法的强度和安全性。

在 AES 加密中，IV 是一个随机生成的固定长度的二进制串，通常与密钥一起用于初始化加密算法。每次使用相同密钥进行加密时，可以使用不同的 IV。IV 的主要作用包括：

1. 破解抵抗性： 在相同的密钥下，使用不同的 IV 加密相同的明文，可以产生不同的密文。这使得攻击者难以分析并找到明文和密文之间的模式。如果每次加密都使用相同的 IV，那么相同的明文会产生相同的密文，这样就容易受到攻击。

2. 防止密码分析： 使用不同的 IV 可以避免在密码分析中出现的一些问题，比如对相同明文的多次加密产生相同的密文。IV 的引入使得相同明文在不同的加密操作中产生不同的密文。

3. 增加密码强度： IV 的随机性和不可预测性有助于增加密码算法的强度。攻击者无法通过事先知道的信息来预测 IV 的值，从而增加了密码的安全性。

总的来说，IV 的引入有助于防止对称加密算法中的一些攻击，并提高密码算法的安全性。在实际应用中，IV 的生成应当是随机的且不可预测的，以达到最佳的安全效果。

总结

上述 PHP 代码演示了在 PHP 中使用 AES 加密和解密的原理。AES 是一种对称加密算法，使用相同的密钥进行加密和解密。在 PHP 中，使用 OpenSSL 扩展实现了 AES 加密和解密。

AES 加密的原理包括选择合适的密钥和初始化向量（IV），将明文分成数据块，使用密钥和 IV 对每个数据块进行加密，最后合并成最终的密文。解密则是相反的过程，使用相同的密钥和 IV 对密文进行解密，还原出原始的明文。

示例代码中还包括了生成随机密钥和加密解密函数的实现。密钥的安全性对于加密算法的安全至关重要，因此建议在实际应用中采用足够安全的方法生成和管理密钥。

最后，解释了初始化向量（IV）的作用，它在对称加密中用于增加算法的强度和安全性，防止密码分析和提高密码强度。 IV 的生成应当是随机的和不可预测的，以提高安全性。