小程序登录的AES加密解释

前情回顾

通过wx.getUserInfo()的success回调得到的加密数据( encryptedData )
对加密数据( encryptedData )解密后可得到openId和unionId。

如何解密，官方文档是这样解释的！

首次看到如上解密说明时，我只知道encryptedData和session_key获得方式。

session_key在上篇有介绍，如下：
获得session_key和openId（加解密、签名系列）

产生的疑问：
1：AES是什么？
2：128是什么？
3：CBC是什么？
4：初始向量iv是做什么用的？
5：数据采用PKCS#7填充什么意思？
6：1,2,3,4条分别说明的算法，密文，密钥，初始向量iv如何组合使用？
7：Base64_Decode又是什么？

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1. AES是什么？

美国国家标准技术研究所在2001年发布了高级加密标准（AES）Advanced Encryption Standard。
AES是基于数据块的加密方式，
即，每次处理的数据是一块（16字节），当数据不是16字节的倍数时填充，
这就是所谓的分组密码（区别于基于比特位的流密码），16字节是分组长度。

AES是一个对称分组密码算法。

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在这里简单介绍下对称加密算法与非对称加密算法的区别。

对称加密算法
加密和解密用到的密钥是相同的，这种加密方式加密速度非常快，适合经常发送数据的场合。缺点是密钥的传输比较麻烦。

非对称加密算法
加密和解密用的密钥是不同的，这种加密方式是用数学上的难解问题构造的，通常加密解密的速度比较慢，适合偶尔发送数据的场合。优点是密钥传输方便。常见的非对称加密算法为RSA、ECC和EIGamal。

实际中，一般是通过RSA加密AES的密钥，传输到接收方，接收方解密得到AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。

AES加密函数
设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。

AES解密函数
设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。

参数

• 明文P：没有经过加密的数据。

• 密钥K：用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。

• 密文C：经加密函数处理后的数据
  

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2. 128是什么？

AES为分组密码，分组密码也就是把明文分成一组一组的，每组长度相等，每次加密一组数据，直到加密完整个明文。在AES标准规范中，分组长度只能是128位，也就是说，每个分组为16个字节（每个字节8位）。密钥的长度可以使用128位、192位或256位。密钥的长度不同，推荐加密轮数也不同，如下表所示：

AES	密钥长度（32位比特字)	分组长度(32位比特字)	加密轮数
AES-128	4	4	10
AES-192	6	4	12
AES-256	8	4	14

微信小程序使用的是AES-128。

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3. CBC是什么？

AES是基于数据块的加密方式，也就是说，每次处理的数据是一块（16字节），
当数据不是16字节的倍数时填充，这就是所谓的分组密码（区别于基于比特位的流密码），16字节是分组长度。

即，AES把看的见的信息（明文），分成很多相同组(明文块)，一般为128位（16字节）。
对每组进行单独加密，然后再把各加密块拼接成一条密文。

分组加密的几种方式

• ECB：是一种基础的加密方式，密文被分割成分组长度相等的块（不足补齐），然后单独一个个加密，一个个输出组成密文。

• CBC：是一种循环模式，前一个分组的密文和当前分组的明文异或操作后再加密，这样做的目的是增强破解难度。

• CFB/OFB实际上是一种反馈模式，目的也是增强破解的难度。

ECB模式（基础加密）
处理方式：
密文快[0…n] = 加密算法（明文块[0…n]，密钥）

特点：
1：相同的输入产生相同的输出。
2：不能隐藏明文的模式，可能对明文进行主动攻击；

AES默认的，最简单，但安全性不够，所以微信用了改良版CBC。

CBC模式（小程序采用）
处理方式：
密文快[0] = 加密算法（初始向量IV，明文块0，密钥）

其他密文块[1…n]=加密算法（之前的密文块，明文快，密钥）

这个模式是链式的，后一块需要前一块做基础，第一块需要一个需要初始化向量IV做基础。
相同的输入产生不同的输出。
能看到的数据是“明文+IV”或“明文+前一个密文”的乱码，所以能隐藏明文。

总结：
安全性比第一种好，所以微信小程序用AES-CBC模式，所以需要IV向量。
密文 =AES（明文、密钥、初始向量参数）
明文=AES（密文、密钥、初始向量参数）

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4. PKCS#7填充是什么

因为AES的算法是把明文分组再处理的，他要求每个分组(16字节)是“满”的，即明文长度必须被16字节整除。

所以明文最后不足的16字节的要先进行数据填充，把不足16字节的最后一组补成16字节。

所以可知：明文先填充，再AES加密。

例如：明文171字节，最后一节为11个字节，需要填充5个字节（16-11）

上边是填充的原理，具体来说，填充方式有很多，PKCS#7是其中一种。
PKCS #7 字符串由一个字节序列组成，每个字节填充该字节序列的长度。

下面的示例演示这些模式的工作原理。

假定块长度为 8，数据长度为 9，则填充用八位字节数等于 7，
数据：
FF FF FF FF FF FF FF FF FF
PKCS7 填充：
FF FF FF FF FF FF FF FF FF 07 07 07 07 07 07 07

5. Base64_Decode

Base64是网络上最常见的用于字节代码的编码方式之一（一个字母就是一字节byte）
采用Base64编码具有不可读性，即所编码的数据不会被人用肉眼所直接看到。
Base64编码非常适合HTTP环境下传递较长的标识信息（传输8Bit字节代码）

其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL中的形式

其实迅雷的“专用地址”也是用Base64”加密”的，其过程如下：
1、在http://地址的前后分别添加AA和ZZ
2、对新的字符串进行Base64编码
把迅雷地址还原为http地址，只需要用Base64解码，然后去掉头尾的AA和ZZ即可。

迅雷地址Base编码案例，详见此文：
http://www.wxappclub.com/topic/711

微信服务器的操作是：

Base64_Encode(目标密文)=encryptedData（wx.getUserInfo得到的）
Base64_Encode(AES密钥)=session_key
Base64_Encode(初始向量)=iv

所以：

目标密文和密钥aeskey要用Base64解密：

即目标密文=Base64_Decode(encryptedData)
即密钥aeskey=Base64_Decode(session_key)
即初始向量=Base64_Decode(iv)

注意：通过如下官方提供的代码demo可知，iv也进行了Base64的解码。
文档上并未说明

6. 理解官方文档

通过上边的分析，我们知道：
微信小程序用的AES加密算法、AES-128的方案、CBC的分组加密模式（此模式需要IV初始化向量）
AES加密敏感数据之前，先用 PKCS#7 填充“用户敏感数据”最后不足16字节的部分。
AES对密文解密后，需用 PKCS#7 去除填充才能得到真正“用户敏感数据”

知道：
openId,union等敏感数据 = AES-128-CBC（密文，密钥，初始向量iv）

第1条：描述的是加密算法和数据填充方式
第2条：描述的是如何得到密文(目标密文=Base64_Decode(encryptedData))
第3条：描述的是如何得到密钥(密钥aeskey=Base64_Decode(session_key))
第4条：描述的是如何得到初始向量iv

上述涉及的数据：
encryptedData（来自第2条）
通过wx.getUserInfo()的success回调得到的

iv（来自第4条）
通过wx.getUserInfo()的success回调得到的

session_key （来自第3条）
1：通过wx.login()的success回调得到的js_code
2：通过js_code、appid、secret得到session_key

7. 加密解密的全过程

微信服务器：加密
1：对敏感用户信息“目标明文”用psck#7号填充得到“填充文”
2：AES-128-CBC（填充文，密钥，初始向量）=>目标密文
3：Base64_Encode(目标密文)=>encryptedData
4：Base64_Encode(初始向量)=>iv
5：Base64_Encode(密钥)=session_key

后台服务器：解密
1：通过wx.getUserInfo()获得密文crypteddata，iv
2：通过wx.login()得到的js_code和http接口得到session_key（详情请看）
3：Base64_Decode(encryptedData)=>目标密文
4：Base64_Decode(session_key)=>即密钥aeskey
5：Base64_Decode(iv)=>初始向量
6：AES-128-CBC（目标密文，密钥，初始向量）=>填充文
7：用psck#7对填充文去除填充得到敏感的用户信息“目标明文”