探討NET Core資料進行3DES加密或解密弱金鑰問題
阿新 • • 發佈：2020-07-04
前言
之前寫過一篇《探討.NET Core資料進行3DES加密和解密問題》，最近看到有人提出弱金鑰問題，換個強金鑰不就完了嗎，猜測可能是與第三方對接導致很無奈不能更換金鑰，所以產生本文解決.NET Core中3DES弱金鑰問題，寫下本文，希望對碰到此問題的童鞋有所幫助。
3DES加密或解密弱金鑰
在基於.NET Framework中，我們可以使用反射獲取到TripleDESCryptoServiceProvider的“_NewEncryptor”私有方法，從而規避判斷弱祕鑰問題，但在.NET Core中沒有這個方法，我們首先來看看問題的產生，如下為.NET Core中加密和解密的方法實現
public static string DesEncrypt(string input, string key)
{
byte[] inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
var tripleDES = TripleDES.Create();
var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
byte[] allKey = new byte[24];
Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 0, 16);
Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 16, 8);
tripleDES.Key = allKey;
tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateEncryptor();
byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
return Convert.ToBase64String(resultArray, 0, resultArray.Length);
}
public static string DesDecrypt(string input, string key)
{
byte[] inputArray = Convert.FromBase64String(input);
var tripleDES = TripleDES.Create();
var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
byte[] allKey = new byte[24];
Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 0, 16);
Buffer.BlockCopy(byteKey, 0, allKey, 16, 8);
tripleDES.Key = byteKey;
tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateDecryptor();
byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, 0, inputArray.Length);
return Encoding.UTF8.GetString(resultArray);
}接下來我們呼叫上述加密方法對資料進行加密，當然這裡的金鑰很簡單為16位1，NET Framework中對弱金鑰的具體判斷邏輯這裡不做深入分析，如下：
var desEncryptData = DesEncrypt("Jeffcky", "1111111111111111");
為解決這個問題我們下載BouncyCastle.NetCore包（https://github.com/chrishaly/bc-csharp），此包有針對基本所有加密演算法實現，你會發現通過該包實現和Java中加密演算法實現非常相似，若與第三方Java對接，對方所傳資料可能利用.NET Core無法解密或通過加密導致對方無法解密，因為無論是C#還是Java對於演算法的實現還是有所差異，利用此包可以進行互操作。
在C#中3DES名稱定義為TripleDES，而在Java中名稱則是DESede，同時C#中的填充模式PKCS7對應Java中的PKCS5Padding，接下來你將看到如下C#程式碼幾乎就是從Java中翻譯過來，如下：
static IBufferedCipher CreateCipher(bool forEncryption, string key,
string cipMode = "DESede/ECB/PKCS5Padding")
{
var algorithmName = cipMode;
if (cipMode.IndexOf('/') >= 0)
{
algorithmName = cipMode.Substring(0, cipMode.IndexOf('/'));
}
var cipher = CipherUtilities.GetCipher(cipMode);
var keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
var keyParameter = ParameterUtilities.CreateKeyParameter(algorithmName, keyBytes);
cipher.Init(forEncryption, keyParameter);
return cipher;
}
如上主要是建立加密演算法介面（預設為3DES），若forEncryption為true表示加密，否則解密，具體細節這裡就不再詳細解釋，有興趣的童鞋可自行研究。接下來我們實現加密和解密方法：
static string EncryptData(string input, string key)
{
var inCipher = CreateCipher(true, key);
var inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
byte[] cipherData = inCipher.DoFinal(inputArray);
return Convert.ToBase64String(cipherData);
}
static string DecryptData(string input, string key)
{
var inputArrary = Convert.FromBase64String(input);
var outCipher = CreateCipher(false, key);
var encryptedDataStream = new MemoryStream(inputArrary, false);
var dataStream = new MemoryStream();
var outCipherStream = new CipherStream(dataStream, null, outCipher);
int ch;
while ((ch = encryptedDataStream.ReadByte()) >= 0)
{
outCipherStream.WriteByte((byte)ch);
}
outCipherStream.Close();
encryptedDataStream.Close();
var dataBytes = dataStream.ToArray();
return Encoding.UTF8.GetString(dataBytes);
}
雖然金鑰是16位，但在內建具體實現時也會如.NET Core中一樣填充到24位，接下來我們再來呼叫上述加密和解密方法，看看資料加密和解密是否正確
var data = EncryptData("Jeffcky", "1111111111111111");
var decryptData = DecryptData(data, "1111111111111111");
那麼問題來了，為何在C#中會丟擲弱金鑰異常，但是在這個包中卻沒能丟擲異常呢？內建是基於Schneier pp281的弱和半弱鍵表進行查詢可能與C#實現邏輯有所不同（個人猜測），如下：
public const int DesKeyLength = 8;
private const int N_DES_WEAK_KEYS = 16;
//基於Schneier pp281的弱和半弱鍵表
private static readonly byte[] DES_weak_keys =
{
/* 弱鍵 */
(byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01, (byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,
(byte)0x1f,(byte)0x1f,(byte)0x1f,(byte)0x1f, (byte)0x0e,(byte)0x0e,(byte)0x0e,(byte)0x0e,
(byte)0xe0,(byte)0xe0,(byte)0xe0,(byte)0xe0, (byte)0xf1,(byte)0xf1,(byte)0xf1,(byte)0xf1,
(byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe, (byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,
/* 半弱鍵 */
(byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe, (byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,
(byte)0x1f,(byte)0xe0,(byte)0x1f,(byte)0xe0, (byte)0x0e,(byte)0xf1,(byte)0x0e,(byte)0xf1,
(byte)0x01,(byte)0xe0,(byte)0x01,(byte)0xe0, (byte)0x01,(byte)0xf1,(byte)0x01,(byte)0xf1,
(byte)0x1f,(byte)0xfe,(byte)0x1f,(byte)0xfe, (byte)0x0e,(byte)0xfe,(byte)0x0e,(byte)0xfe,
(byte)0x01,(byte)0x1f,(byte)0x01,(byte)0x1f, (byte)0x01,(byte)0x0e,(byte)0x01,(byte)0x0e,
(byte)0xe0,(byte)0xfe,(byte)0xe0,(byte)0xfe, (byte)0xf1,(byte)0xfe,(byte)0xf1,(byte)0xfe,
(byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01, (byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,
(byte)0xe0,(byte)0x1f,(byte)0xe0,(byte)0x1f, (byte)0xf1,(byte)0x0e,(byte)0xf1,(byte)0x0e,
(byte)0xe0,(byte)0x01,(byte)0xe0,(byte)0x01, (byte)0xf1,(byte)0x01,(byte)0xf1,(byte)0x01,
(byte)0xfe,(byte)0x1f,(byte)0xfe,(byte)0x1f, (byte)0xfe,(byte)0x0e,(byte)0xfe,(byte)0x0e,
(byte)0x1f,(byte)0x01,(byte)0x1f,(byte)0x01, (byte)0x0e,(byte)0x01,(byte)0x0e,(byte)0x01,
(byte)0xfe,(byte)0xe0,(byte)0xfe,(byte)0xe0, (byte)0xfe,(byte)0xf1,(byte)0xfe,(byte)0xf1
};
public static bool IsWeakKey(byte[] key, int offset)
{
if (key.Length - offset < DesKeyLength)
throw new ArgumentException("key material too short.");
//nextkey:
for (int i = 0; i < N_DES_WEAK_KEYS; i++)
{
bool unmatch = false;
for (int j = 0; j < DesKeyLength; j++)
{
if (key[j + offset] != DES_weak_keys[i * DesKeyLength + j])
{
//continue nextkey;
unmatch = true;
break;
}
}
if (!unmatch)
{
return true;
}
}
return false;
}
如果第三方為Java，當利用.NET Core實在走投無路無法進行解密時，那就使用上述提供的解密方法進行解密，理論上都可以解密，不能解密的情況大多出現於對C#和Java實現原理不瞭解導致，如下：
總結
本文重點在於解決.NET Core中3DES弱金鑰問題，同時和第三方對接時實在懶得去理解各語言實現加密演算法原理，可嘗試採用上述包來進行互操作，看到有幾位童鞋在文章下提出這個問題而苦於沒找到解決方案，這裡提供一種可選擇的方案，都已封裝好，拿去用