PHP 遷移 Mcrypt 至 OpenSSL 加密算法詳解

對稱加解密算法中，當前最爲安全的是 AES 加密算法（以前應該是是 DES 加密算法），PHP 提供了兩個可以用於 AES 加密算法的函數簇：Mcrypt 和 OpenSSL。

其中 Mcrypt 在 PHP 7.1.0 中被 Deprecated，在 PHP 7.2.0 中被移除，所以即可起你應該使用 OpenSSL 來實現 AES 的數據加解密。

在一些場景下，我們不能保證兩套通信系統都使用了相函數簇去實現加密算法，可能 siteA 使用了最新的 OpenSSL 來實現了 AES 加密，但作爲第三方服務的 siteB 可能仍在使用 Mcrypt 算法，這就要求我們必須清楚 Mcrypt 同 OpenSSL 之間的差異，以便保證數據加解密的一致性。

下文中我們將分別使用 Mcrypt 和 OpenSSL 來實現 AES-128/192/256-CBC 加解密，二者同步加解密的要點爲：

1、使用何種填充算法。Mcrypt 自動使用 NUL("\0")，OpenSSL 自動使用 PKCS7。
2、否對數據做了base64編碼處理。Mcrypt 默認不使用 base64 編碼（雖然我們很建議使用），OpenSSL 默認使用 base64編碼。

協同好以上兩點，就可以讓 Mcrypt 和 OpenSSL 之間一致性的對數據進行加解密。

AES 概述

AES 是當前最爲常用的安全對稱加密算法，關於對稱加密這裏就不在闡述了。
AES 有三種算法，主要是對數據塊的大小存在區別：
AES-128：需要提供 16 位的密鑰 key
AES-192：需要提供 24 位的密鑰 key
AES-256：需要提供 32 位的密鑰 key

填充算法

AES 是按數據塊大小（128/192/256）對待加密內容進行分塊處理的，會經常出現最後一段數據長度不足的場景，這時就需要填充數據長度到加密算法對應的數據塊大小。

主要的填充算法有填充 NUL("0") 和 PKCS7，Mcrypt 默認使用的 NUL("0") 填充算法，當前已不被推薦，OpenSSL 則默認模式使用 PKCS7 對數據進行填充並對加密後的數據進行了 base64encode 編碼，所以建議開發中使用 PKCS7 對待加密數據進行填充，已保證通用性（alipay sdk 中雖然使用了 Mcrypt 加密簇，但使用 PKCS7 算法對數據進行了填充，這樣在一定程度上親和了 OpenSSL 加密算法）。

NUL("\0") 填充算法

Mcrypt 的默認填充算法。NUL 即爲 Ascii 表的編號爲 0 的元素，即空元素，轉移字符是 "\0"，PHP 的 pack 打包函數在 'a' 模式下就是以 NUL 字符對內容進行填充的，當然，使用 "\0" 手動拼接也是可以的。

/**
 * NUL("\0")填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function addZeroPadding($source, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC)
{
    $source = trim($source);
    // openssl 並沒有提供加密cipher對應的數據塊大小的api這點比較坑
    $block = mcrypt_get_block_size($cipher, $mode);
    $pad   = $block - (strlen($source) % $block);
    if ($pad <= $block) {
        // $source .= str_repeat("\0", $pad);//KISS寫法
        // pack 方法 a 模式使用 NUL("\0") 對內容進行填充  A 模式則使用空白字符填充
        $source .= pack("a{$pad}", ""); //高端寫法
    }
    return $source;
}

/**
 * NUL("\0")填充算法移除
 * @param string $source
 * @return string
 */
function stripZeroPadding($source)
{
    return rtrim($source, "\0");
}

PKCS7 填充算法

OpenSSL的默認填充算法。下面我們給出 PKCS7 填充算法 PHP 的實現：

/**
 * PKCS7填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function addPKCS7Padding($source, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC)
{
    $source = trim($source);
    $block  = mcrypt_get_block_size($cipher, $mode);
    $pad    = $block - (strlen($source) % $block);
    if ($pad <= $block) {
        $char = chr($pad);
        $source .= str_repeat($char, $pad);
    }
    return $source;
}

/**
 * 移去PKCS7填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function stripPKSC7Padding($source)
{
    $source = trim($source);
    $char   = substr($source, -1);
    $num    = ord($char);
    if ($num == 62) {
        return $source;
    }

    $source = substr($source, 0, -$num);
    return $source;
}

Mcrypt

默認使用 NUL("\0") 自動對待加密數據進行填充以對齊加密算法數據塊長度。

獲取 mcrypt 支持的算法，這裏我們只關注 AES 算法。

$cipher_list = mcrypt_list_algorithms();
print_r($cipher_list);

//  加密算法名稱  對應的 常量標識
// 'rijndael-128' == MCRYPT_RIJNDAEL_128
// 'rijndael-192' == MCRYPT_RIJNDAEL_192
// 'rijndael-256' == MCRYPT_RIJNDAEL_256

注意：mcrypt 雖然支持 AES 三種算法，但除 MCRYPT_RIJNDAEL_128 外，MCRYPT_RIJNDAEL_192/256 並未遵循 AES-192/256 標準進行加解密的算法，即如果你同其他系統通信（java/.net），使用 MCRYPT_RIJNDAEL_192/256 可能無法被其他嚴格按照 AES-192/256 標準的系統正確的數據解密。官方文檔頁面中也有人在 User Contributed Notes 中提及。這裏給出如何使用 mcrpyt 做標註的 AES-128/192/256 加解密

AES-128-CBC = mcrpyt(cipher MCRYPT_RIJNDAEL_128 + key 16位 + iv 16 位 + mode MCRYPT_MODE_CBC)
AES-192-CBC = mcrpyt(cipher MCRYPT_RIJNDAEL_128 + key 24位 + iv 16 位 + mode MCRYPT_MODE_CBC)
AES-256-CBC = mcrpyt(cipher MCRYPT_RIJNDAEL_128 + key 32位 + iv 16 位 + mode MCRYPT_MODE_CBC)

即算法統一使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128，並通過 key 的位數來選定是以何種 AES 標準做的加密，iv 是建議添加且建議固定爲16位（OpenSSL的 AES加密 iv 始終爲 16 位，便於統一對齊），mode 選用的 CBC 模式。

mcrypt 在對數據進行加密處理時，如果發現數據長度與使用的加密算法的數據塊長度未對齊，則會自動使用 "\0" 對待加密數據進行填充，但 "\0" 填充模式已不再被推薦，爲了與其他系統有更好的兼容性，建議大家手動對數據進行 PKCS7 填充。

OpenSSL

openssl 簇加密方法更爲簡單明確，mcrypt 還要將加密算法分爲 cipher + mode 去指定，openssl 則只需要直接指定 method 爲 AES-128-CBC，AES-192-CBC，AES-256-CBC 即可。且提供了三種數據處理模式，即 默認模式 0 / OPENSSL_RAW_DATA/ OPENSSL_ZERO_PADDING。

openssl 默認的數據填充方式是 PKCS7，爲兼容 mcrpty 也提供處理 "0" 填充的數據的模式，具體爲下：

//我們只看部分參數 還有一些默認參數沒列出
// 加密
openssl_encrypt(string $data, string $method, string $key, int $options = 0, string $iv = "")
// 解密
openssl_decrypt(string $data, string $method, string $key, int $options = 0, string $iv = "")

options 參數即爲重要，它是兼容 mcrpty 算法的關鍵：

options = 0: 默認模式，自動對明文進行 pkcs7 padding，且數據做 base64 編碼處理。
options = 1: OPENSSL_RAW_DATA，自動對明文進行 pkcs7 padding，且數據未經 base64 編碼處理。
options = 2: OPENSSL_ZERO_PADDING，要求待加密的數據長度已按 "0" 填充與加密算法數據塊長度對齊，即同 mcrpty 默認填充的方式一致，且對數據做 base64 編碼處理。注意，此模式下 openssl 要求待加密數據已按 "0" 填充好，其並不會自動幫你填充數據，如果未填充對齊，則會報錯。

故可以得出 mcrpty簇與 openssl簇的兼容條件如下：

1、如果 A 系統使用了 mcrypt 的默認的 "\0" 自動填充算法進行了數據加密，那 B 系統使用 openssl 進行解密時，需要選擇 OPENSSL_ZERO_PADDING 模式。這裏同時要特別注意，OPENSSL_ZERO_PADDING 模式是認爲數據是做了 base64 編碼處理的，如果 A 系統 mcrpty 沒有對數據做 base64_encode 處理，則 B 解密數據時還需要將數據 base64_encode 後再傳遞給 openssl_decrypt。

2、如果 A 系統手動使用了 PKCS7 對待加密數據做了處理，那 B 系統只需根據 A 系統是否對數據做了 base64 編碼處理選擇 0或 OPENSSL_ZERO_PADDING 模式即可。如果對 A 使用了 base64 編碼，則 B 使用 0 模式；如果 A 沒有使用 base64 編碼，則使用 OPENSSL_RAW_DATA 模式。

加解密實例

建議將源碼複製到本地運行，根據運行結果更好理解。

<?php
/**
 * MCRYPT_RIJNDAEL_128 & CBC + 16位Key + 16位iv = openssl_encrypt(AES-128-CBC, 16位Key, 16位iv) = AES-128
 * MCRYPT_RIJNDAEL_128 & CBC + 24位Key + 16位iv = openssl_encrypt(AES-192-CBC, 24位Key, 16位iv) = AES-192
 * MCRYPT_RIJNDAEL_128 & CBC + 32位Key + 16位iv = openssl_encrypt(AES-256-CBC, 32位Key, 16位iv) = AES-256
 * ------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * openssl_簇 options
 * 0 : 默認模式，自動對數據做 pkcs7 填充, 且返回的加密數據經過 base64 編碼
 * 1 : OPENSSL_RAW_DATA, 自動對數據做 pkcs7 填充, 且返回的加密數據未經過 base64 編碼
 * 2 : OPENSSL_ZERO_PADDING, 處理使用 NUL("\0") 的數據，故需手動使用 NUL("\0") 填充好數據再做加密處理，如未做則會報錯
 * --------------------------------------------------------------------------------------------------------
 * 加密工具類
 */

// mcrypt AES 固定使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128 通過 key 的長度來決定具體使用的具體何種 AES
$mcrypt_cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128;
$mcrypt_mode   = MCRYPT_MODE_CBC;

// aes-128=16 aes-192=24 aes-256=32
$key_size = 16;
$key      = get_random_str($key_size);
// openssl AES 向量長度固定 16 位 這裏爲兼容建議固定長度爲 16 位
$iv_size = 16;
$iv      = get_random_str($iv_size);

// 隨機字符串
function get_random_str($length = 16)
{
    $char_set = array_merge(range('a', 'z'), range('A', 'Z'), range('0', '9'));
    shuffle($char_set);
    return implode('', array_slice($char_set, 0, $length));
}

/**
 * 加密算法
 * @param  string $content 待加密數據
 * @param  string $key     加密key 注意 key 長度要求
 * @param  string $iv      加密向量 固定爲16位可以保證與openssl的兼容性
 * @param  string $cipher  加密算法
 * @param  string $mode    加密模式
 * @param  bool $pkcs7     是否使用pkcs7填充 否則使用 mcrypt 自帶的 NUL("\0") 填充
 * @param  bool $base64    是否對數據做 base64 處理 因加密後數據會有非打印字符 所以推薦做 base64 處理
 * @return string          加密後的內容
 */
function user_mcrypt_encrypt($content, $key, $iv, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC, $pkcs7 = true, $base64 = true)
{
    //AES, 128 模式加密數據 CBC
    $content           = $pkcs7 ? addPKCS7Padding($content) : $content;
    $content_encrypted = mcrypt_encrypt($cipher, $key, $content, $mode, $iv);
    return $base64 ? base64_encode($content_encrypted) : $content_encrypted;
}

/**
 * 解密算法
 * @param  [type] $content_encrypted 待解密的內容
 * @param  [type] $key     加密key 注意 key 長度要求
 * @param  [type] $iv      加密向量 固定爲16位可以保證與openssl的兼容性
 * @param  [type] $cipher  加密算法
 * @param  [type] $mode    加密模式
 * @param  bool $pkcs7     帶解密內容是否使用了pkcs7填充 如果沒使用則 mcrypt 會自動移除填充的 NUL("\0")
 * @param  bool $base64    是否對數據做 base64 處理
 * @return [type]          [description]
 */
function user_mcrypt_decrypt($content_encrypted, $key, $iv, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC, $pkcs7 = true, $base64 = true)
{
    //AES, 128 模式加密數據 CBC
    $content_encrypted = $base64 ? base64_decode($content_encrypted) : $content_encrypted;
    $content           = mcrypt_decrypt($cipher, $key, $content_encrypted, $mode, $iv);
    // 解密後的內容 要根據填充算法來相應的移除填充數
    $content = $pkcs7 ? stripPKSC7Padding($content) : rtrim($content, "\0");
    return $content;
}

/**
 * PKCS7填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function addPKCS7Padding($source, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC)
{
    $source = trim($source);
    $block  = mcrypt_get_block_size($cipher, $mode);
    $pad    = $block - (strlen($source) % $block);
    if ($pad <= $block) {
        $char = chr($pad);
        $source .= str_repeat($char, $pad);
    }
    return $source;
}
/**
 * 移去PKCS7填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function stripPKSC7Padding($source)
{
    $source = trim($source);
    $char   = substr($source, -1);
    $num    = ord($char);
    if ($num == 62) {
        return $source;
    }

    $source = substr($source, 0, -$num);
    return $source;
}

/**
 * NUL("\0")填充算法
 * @param string $source
 * @return string
 */
function addZeroPadding($source, $cipher = MCRYPT_RIJNDAEL_128, $mode = MCRYPT_MODE_CBC)
{
    $source = trim($source);
    // openssl 並沒有提供加密cipher對應的數據塊大小的api這點比較坑
    $block = mcrypt_get_block_size($cipher, $mode);
    $pad   = $block - (strlen($source) % $block);
    if ($pad <= $block) {
        // $source .= str_repeat("\0", $pad);//KISS寫法
        // pack 方法 a 模式使用 NUL("\0") 對內容進行填充  A 模式則使用空白字符填充
        $source .= pack("a{$pad}", ""); //高端寫法
    }
    return $source;
}

/**
 * NUL("\0")填充算法移除
 * @param string $source
 * @return string
 */
function stripZeroPadding($source)
{
    return rtrim($source, "\0");
}

// 待加密內容
$content = "hello world";

echo '使用 NUL("\0") 填充算法 不對結果做 base64 處理:' . PHP_EOL;
echo 'mcrypt 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = user_mcrypt_encrypt($content, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, false, false));
echo 'openssl 解密:' . PHP_EOL;
// 需經過 NUL("\0") 填充加密後被 base64_encode 的數據 解密後續手動移除 NUL("\0")
var_dump(stripZeroPadding(openssl_decrypt(base64_encode($data), "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv)));
echo 'openssl 加密:' . PHP_EOL;
// 需對待處理的數據做 NUL("\0") 填充，且返回的數據被 base64_encode 編碼了
var_dump($data = base64_decode(openssl_encrypt(addZeroPadding($content), "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv)));
echo 'mcrypt 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(user_mcrypt_decrypt($data, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, false, false));
echo PHP_EOL;

echo '使用 NUL("\0") 填充算法 對結果做 base64 處理:' . PHP_EOL;
echo 'mcrypt 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = user_mcrypt_encrypt($content, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, false, true));
echo 'openssl 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(stripZeroPadding(openssl_decrypt($data, "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv)));
echo 'openssl 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = openssl_encrypt(addZeroPadding($content), "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_ZERO_PADDING, $iv));
echo 'mcrypt 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(user_mcrypt_decrypt($data, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, false, true));
echo PHP_EOL;

echo "使用 pkcs7 填充算法 不對結果做 base64 處理" . PHP_EOL;
echo 'mcrypt 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = user_mcrypt_encrypt($content, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, true, false));
echo 'openssl 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(openssl_decrypt($data, "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv));
echo 'openssl 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = openssl_encrypt($content, "AES-128-CBC", $key, OPENSSL_RAW_DATA, $iv));
echo 'mcrypt 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(user_mcrypt_decrypt($data, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, true, false));
echo PHP_EOL;

echo "使用 pkcs7 填充算法 對結果做 base64 處理（推薦）：" . PHP_EOL;
echo 'mcrypt 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = user_mcrypt_encrypt($content, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, true, true));
echo 'openssl 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(openssl_decrypt($data, "AES-128-CBC", $key, 0, $iv));
echo 'openssl 加密:' . PHP_EOL;
var_dump($data = openssl_encrypt($content, "AES-128-CBC", $key, 0, $iv));
echo 'mcrypt 解密:' . PHP_EOL;
var_dump(user_mcrypt_decrypt($data, $key, $iv, $mcrypt_cipher, $mcrypt_mode, true, true));

總結要點

1、二者使用的何種填充算法。
2、二者對數據是否有 base64 編碼要求。
3、mcrypt 需固定使用 MCRYPT_RIJNDAEL_128，並通過調整 key 的長度 16, 24，32 來實現 ase-128/192/256 加密算法。同時二者 IV 長度都應該是。

PHP 遷移 Mcrypt 至 OpenSSL 加密算法詳解

AES 概述

填充算法

NUL("\0") 填充算法

PKCS7 填充算法

Mcrypt

OpenSSL

加解密實例

總結要點

Vuex modules 模式下 mapState/mapMutations 的操作實例

PHP7 安裝 event 擴展

微信小程序模板函數

PHP 反射獲取函數體

composer 更新指定的依賴包

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結