AES-128加解密（支持ECB和CBC）

guoxiaomi

===2017年3月9日更新===
现在可以用来加密文件

---

最近在6R上看到了这个 HTTP 的脚本：win32异步http通信库dll

感觉非常实用，但是传输不能保密是个大问题，在经过一番资料搜索后，我找到了这个：纯Ruby AES

稍微整理了一下脚本，在RMXP上可以正常运行。本身Ruby有openssl库也不需要这个……

2017/2/10 20:20 修复了一个BUG

[pre lang="ruby" file="aes.rb"]#==============================================================================
# 纯ruby AES_ECB
#==============================================================================
class Array
def rot(offset=1)  # rotate byte
  self[offset..-1]+self[0,offset]
end

def ^(otherArray)
  zip(otherArray).map { |pair| pair[0]^pair[1] }
end
end

class Fixnum
def xtime    # GF(2^8) mulitiplication by x
  t=(self<<1) & 0xFF
  t^=0x1B if self[7]==1
  t
end

def fm(v)    # GF(2^8) mulitiplication
  r=0
  xm=self
  0.upto(7) {|b| r^=xm if v==1; xm=xm.xtime; }
  r
end
end

class Rijndael
S=[
  0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
  0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
  0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
  0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
  0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
  0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
  0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
  0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
  0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
  0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
  0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
  0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
  0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
  0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
  0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
  0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16
]

I_S=[
  0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38, 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
  0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87, 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
  0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d, 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
  0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2, 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
  0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
  0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda, 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
  0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a, 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
  0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02, 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
  0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea, 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
  0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85, 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
  0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89, 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
  0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20, 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
  0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31, 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
  0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d, 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
  0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0, 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
  0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26, 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d
]

I_MixColPloy=[0xE,0xB,0xD,0x9]
T=S.map {|byte| [byte, byte, byte.fm(3), byte.fm(2)]}
I_T=I_S.map {|byte| [byte.fm(0x9), byte.fm(0xD), byte.fm(0xB), byte.fm(0xE)]}

Rcon=[[0x8d,0,0,0]]    # 8d.xtime=01
1.upto(13) {|j| Rcon[j]=[Rcon[j-1][0].xtime,0,0,0]}

def initialize(nb=4)
  raise "Illegal value for Nb." unless [4,6,8].include?(nb)
  @nb=nb
end

def load_ek(key)    # load encrypt key
  @ek=keyExpansion(key)
end

def load_dk(key)    # load decrypt key
  @dk=keyExpansion(key)
  @dk[@nb..-5].each {|word| word[0..3]=invMixColumn(word)}
end

def invMixColumn(word)
  (0..3).map {|i|
   I_MixColPloy.zip(word.rot(i)).map{|pair| pair[0].fm(pair[1])}.inject{|a,b| a^b}
  }
end

def keyExpansion(key)
  # key is byte array
  nk=[4,6,8].find {|i| i*4==key.size} or raise "Illegal key length."
  nr=[@nb, nk].max+6
  w=[]
  (0..nk-1).each {|i| w=key[4*i,4] }
  (nk..@nb*(nr+1)-1).each { |i|
   temp=w[i-1]
   if i%nk==0
    temp = temp.rot.map{|byte| S[byte]} ^ Rcon[i/nk]
   elsif nk>6 && i%nk==4
    temp = temp.map{|byte| S[byte]}
   end
   w=w[i-nk]^temp
  }
  w
end

def invKeyExpansion(key)
  w=keyExpansion(key)
  w[1,-1].each {|word| invMixColumn(word)}
  w
end

def cipher(plaintext)
  raise "Invalid length of input data." if plaintext.size!=@nb*4
  a=(0..@nb-1).map {|j| plaintext[j*4,4]}  # map plaintext onto state
  nr=@ek.size/4-1
  a^=@ek[0,4]         # add round key
  1.upto(nr) { |round|
   k=@ek[round*4,4]
   e=[]
   0.upto(3) { |j|
    if round!=nr
     e[j]= T[a[j][0]].rot(3) ^ T[a[(j+1)%4][1]].rot(2) ^ T[a[(j+2)%4][2]].rot(1) ^ T[a[(j+3)%4][3]]
    else
     e[j]= [ S[a[j][0]], S[a[(j+1)%4][1]], S[a[(j+2)%4][2]], S[a[(j+3)%4][3]] ]
    end
   }
   a=e^k
  }
  a.flatten
end

def i_cipher(ciphertext)
  raise "Invalid length of input data." if ciphertext.size!=@nb*4
  a=(0..@nb-1).map {|j| ciphertext[j*4,4]}  # map ciphertext onto state
  nr=@dk.size/4-1
  k=@dk[nr*4,4]
  a^=k         # add round key
  (nr-1).downto(0) { |round|
   k=@dk[round*4,4]
   e=[]
   0.upto(3) { |j|
    if round!=0
     e[j]= I_T[a[j][0]].rot(3) ^ I_T[a[(j-1)%4][1]].rot(2) ^ I_T[a[(j-2)%4][2]].rot(1) ^ I_T[a[(j-3)%4][3]]
    else
     e[j]= [ I_S[a[j][0]], I_S[a[(j-1)%4][1]], I_S[a[(j-2)%4][2]], I_S[a[(j-3)%4][3]] ]
    end
   }
   a=e^k
  }
  a.flatten
end
end

# AES=Rijndael.new(4)   # Nb in AES is 4

# Example Vectors (FIPS-197 Appendix C)

# plaintext=[0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88, 0x99, 0xaa, 0xbb, 0xcc, 0xdd, 0xee, 0xff]
# key=[0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f]
# AES.load_ek key
# AES.load_dk key
# ciphertext = AES.cipher plaintext
# output = AES.i_cipher ciphertext
# output==plaintext
# key=[0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16, 0x17]
# AES.load_ek key
# AES.load_dk key
# ciphertext = AES.cipher plaintext
# output = AES.i_cipher ciphertext
# output==plaintext
# key=[0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f, 0x10, 0x11, 0x12, 0x13, 0x14, 0x15, 0x16, 0x17, 0x18, 0x19, 0x1a, 0x1b, 0x1c, 0x1d, 0x1e, 0x1f]
# AES.load_ek key
# AES.load_dk key
# ciphertext = AES.cipher plaintext
# output = AES.i_cipher ciphertext
# output==plaintext

#==============================================================================
# 以上片段来自于http://outofmemory.cn
#==============================================================================

#==============================================================================
# 封装到 AES_ECB 单元类
#==============================================================================
class AES_ECB
        def self.set_key(key)
                # key is a string
                key_ary = (key.unpack('H*')[0].scan /../).collect{|x| x.to_i(16)}
                @aes = Rijndael.new(4)
                @aes.load_ek key_ary
                @aes.load_dk key_ary               
        end
       
        def self.encrypt(str)
                result = ""
                # encrypt str to hex string               
                plaintext = (str.unpack('H*')[0].scan /../).collect{|x| x.to_i(16)}
                pad = 16 - plaintext.length % 16
                pad.times do
                        plaintext.push pad
                end
                for i in 0..plaintext.length/16-1 do
                        text = plaintext[i*16..i*16+15]                       
                        ciphertext = @aes.cipher(text).collect{|x| sprintf('%02x', x)}.join('')
                        result = result + ciphertext
                end
                return result
        end
       
        def self.decrypt(hexstr)
                result = []
                for i in 0..hexstr.length/32-1 do
                        text = hexstr[i*32..i*32+31]
                        output = @aes.i_cipher((text.scan /../).collect{|x| x.to_i(16)})
                        result = result + output
                end
                last = result.length - result[-1] - 1
                return [result[0..last].collect{|x| sprintf('%02x', x)}.join('')].pack('H*')
        end

        def self.encrypt_file(filename)               
                file1 = File.open(filename, "rb")
                file2 = File.open(filename + ".AES_EN", "wb")
                begin
                        file1.each_line do |line|
                                file2 << AES_ECB.encrypt(line.unpack("H*")[0]) + "\n"
                        end
                ensure
                        file1.close
                        file2.close
                end
        end
       
        def self.decrypt_file(filename)
                file1 = File.open(filename, "rb")
                file2 = File.open(filename + ".AES_DE", "wb")
                begin
                        file1.each_line do |line|
                                line2 = AES_ECB.decrypt(line)
                                file2 << line2.scan(/../).pack("H2" * (line2.size / 2))
                        end
                ensure
                        file1.close
                        file2.close
                end
        end
end

#==============================================================================
# AES_ECB加密使用说明
#------------------------------------------------------------------------------
# key只能是16位字符串（ASCII码）
# 待加密的字符串无要求
# AES_ECB.set_key 设置 key
# AES_ECB.encrypt 加密任意字符串为16进制字符串
# AES_ECB.decrypt 解密16进制字符串为目标字符串
# AES_ECB.encrypt_file 加密文件，会在文件后面添加后缀 .AES_EN
# AES_ECB.decrypt_file 解密文件，会在文件后面添加后缀 .AES_DE
# 容错性：无，不按照以上要求或者无解可能随时报错
#------------------------------------------------------------------------------
# AES_ECB.set_key('rpg.blue/bbs') # key string's length must 16
# e = AES_ECB.encrypt('hello!') # plain text can be any length
# AES_ECB.decrypt(e)
# AES_ECB.encrypt_file("test.txt") # => test.txt.AES_EN
# AES_ECB.decrypt_file("test.txt.AES_EN") # => test.txt.AES_EN.AES_DE
#------------------------------------------------------------------------------
# 用途：加密字符串、文件等
#------------------------------------------------------------------------------[/pre]

服务端那边也找了个“某听说是最好的语言”的版本：

[pre lang="php" file="aes.php"]<?php   
    //--------AES-128-ECB加密方案--------
    echo '第三种AES加密方案:<br>';   
    $key = 'rpg.blue/bbs'; // $key必须是16位字符串，且都是ascii码
    $content = 'hello!';
    $e_content = aesEncrypt($key, $content);
    echo "128-bit encrypted result:".$e_content.'<br>';      
    echo '解密:';   
    echo aesDecrypt($key, $e_content);
   
    //--------AES-128-ECB加密方案--------
    // 调用的函数
    function aesEncrypt($key, $content) {
        $iv = 'iloveaes'; // ECB方案不需要iv
        $content = pad2Length($content,16);   
        return bin2hex( mcrypt_encrypt(MCRYPT_RIJNDAEL_128,$key,$content,MCRYPT_MODE_ECB,$iv) ); #加密
    }
    function aesDecrypt($key, $hexstring) {
        $iv = 'iloveaes'; // ECB方案不需要iv
        $jiemi = mcrypt_decrypt(MCRYPT_RIJNDAEL_128,$key,hexToStr($hexstring),MCRYPT_MODE_ECB,$iv); #解密   
        return trimEnd($jiemi);
    }
    // 辅助函数
    //将$text补足$padlen倍数的长度   
    function pad2Length($text, $padlen){   
        $len = strlen($text) % $padlen;   
        $res = $text;   
        $span = $padlen-$len;
        for($i=0; $i<$span; $i++){   
            $res .= chr($span);                       
        }   
        return $res;   
    }   
    //将解密后多余的长度去掉(因为在加密的时候 补充长度满足block_size的长度)   
    function trimEnd($text){   
        $len = strlen($text);   
        $c = $text[$len-1];   
        if(ord($c) <$len){   
            for($i=$len-ord($c); $i<$len; $i++){   
                if($text[$i] != $c){   
                    return $text;   
                }   
            }   
            return substr($text, 0, $len-ord($c));   
        }   
        return $text;   
    }   
    //16进制的转为2进制字符串   
    function hexToStr($hex)     
    {     
        $bin="";     
        for($i=0; $i<strlen($hex)-1; $i+=2)     
        {   
            $bin.=chr(hexdec($hex[$i].$hex[$i+1]));     
        }   
        return $bin;     
    }
?>  [/pre]

这样就可以手动进行加密的http通信啦！当然用来加密其他的字符串也可以……

pack / unpack / scan / collect / join / sprintf ...什么的太讨厌了……根本就不知道自己在写些什么……反正能凑合用就行（微笑）

其他资料：
1. 在线AES加密网站：http://www.seacha.com/tools/aes.html 上面的2个脚本的输入输出都是和这个网站对标的。

丝诺温特

上学期程序安全科目挂了的路过。。。

guoxiaomi

封装到了 AES-CBC 类，提供 key 和 iv 的自动补位，补位方法就是补 "\x00"。
[pre lang="ruby"]#==============================================================================
# 封装到 AES_CBC 模块
#==============================================================================
module AES_CBC
        def self.set_key(key, iv = "\x00" * 16)
                # padding key
                key_ary = key.unpack("C*")
                pad = 16 - key_ary.length & 15
                key_ary += [0] * pad
                # padding iv
                @iv = iv.unpack("C*")
                pad = 16 - @iv.length & 15
                @iv += [0] * pad
                # set key
                @aes = Rijndael.new(4)
                @aes.load_ek key_ary
                @aes.load_dk key_ary               
        end
       
        def self.encrypt(str)
                plaintext = str.unpack("C*")
                pad = 16 - plaintext.length & 15
                plaintext += [pad] * pad
                iv = @iv
                result = []
                for i in 0..plaintext.length/16-1 do
                        text = plaintext[i*16..i*16+15] ^ iv                       
                        ciphertext = @aes.cipher(text)
                        iv = ciphertext
                        result += ciphertext
                end
                return result.pack("C*").unpack("H*")[0]
        end
       
        def self.decrypt(hexstr)
                result = []
                iv = @iv
                for i in 0..hexstr.length/32-1 do
                        text = [hexstr[i*32..i*32+31]].pack("H*").unpack("C*")                       
                        output = @aes.i_cipher(text) ^ iv
                        iv = text
                        result += output
                end
                last = result.length - result[-1] - 1
                return result[0..last].pack("C*")
        end
end[/pre]
测试代码：
[pre lang="ruby"]text = "hello, world!hello, world!hello, world!"
AES_CBC.set_key('key-66rpg','iv-66rpg') # 设置 key 和 iv，iv 缺省值是 "\x00" * 16
e = AES_CBC.encrypt(text)
p e
d = AES_CBC.decrypt(e)
p d[/pre]
加密结果：
[pre lang="ruby"]5d1714d100186faf81f10ab467cfc711a8dcc8e4b40b8328e375d8133f90ae227f0bf14c09c522f20a37b623e7e1f942[/pre]
解密结果：
[pre lang="ruby"]hello, world!hello, world!hello, world![/pre]
结果与1楼中的网站对标，CBC 方案可以通过设置不同的 iv 使得相同的明文加密结果不同。iv 值可以明文传递，不用担心泄密。
此外把前面的 scan/join/collect... 那些都换成了 pack/unpack。
这段代码需要和主楼代码的前 160 行一起使用。

guoxiaomi

由于用ruby执行CBC中的字符串分割和拼接还是会影响效率，这里编写了一个dll用作字符串的cbc加/解密：
cbc.zip (61.85 KB, 下载次数: 58)

2017-10-12 23:22 上传

点击文件名下载附件

里面有4个函数可以调用：

1. AES_CBC_ENCRYPT = Win32API.new('Lib/cbc.dll', 'aes_cbc_encrypt', 'pppi', 'v')
   
2. AES_CBC_DECRYPT = Win32API.new('Lib/cbc.dll', 'aes_cbc_decrypt', 'pppi', 'v')
   
3. AES_ECB_ENCRYPT = Win32API.new('Lib/cbc.dll', 'aes_ecb_encrypt', 'ppi', 'v')
   
4. AES_ECB_DECRYPT = Win32API.new('Lib/cbc.dll', 'aes_ecb_decrypt', 'ppi', 'v')

复制代码

其中CBC方案的参数是 (key, iv, data, data.size)，ECB 方案的参数是 (key, data, data.size)
必须对 data 进行 padding，使其长度为16的倍数，否则不能保证加密是否能成功。

1. data = '0123456789'
   
2. pad = 16 - data.size % 16
   
3. data += ([pad] * pad).pack('C*')
   
4. key = '0123456789abcdef'
   
5. iv = '0123456789abcdef'
   
6. AES_CBC_ENCRYPT.call(key, iv, data, data.size)
   
7. p data # data 指向的字符串已经改变了
   
8. AES_CBC_DECRYPT.call(key, iv, data, data.size)</div><div>p data # 0123456789 + padding...

复制代码