PHP解密OpenSSL AES-256-CBC PBKDF2加密文件教程

OpenSSL加密文件格式解析

在使用openssl命令行工具（如openssl enc）进行加密时，尤其是当使用密码派生函数（如pbkdf2）时，openssl会采用一种特定的、非标准的文件格式来存储加密数据。了解这种格式是php端成功解密的关键。

该格式的结构如下：

1. 魔术字符串 Salted__： 文件的前8个字节固定为ASCII字符串 Salted__。这是一个标识符，表明文件使用了OpenSSL的盐值加密格式。
2. 盐值（Salt）： 紧随魔术字符串之后的8个字节是实际用于密钥派生函数的盐值。这个盐值是随机生成的，并与加密数据一起存储，以确保即使使用相同的密码，每次加密的结果也不同，从而增强安全性。
3. 密文（Ciphertext）： 盐值之后的所有数据才是真正的加密内容。

因此，在PHP中解密时，第一步便是读取整个加密文件内容，然后从其头部精确地提取出这8字节的盐值。

密钥与IV的派生机制

OpenSSL在加密过程中，并不会直接使用用户提供的密码作为密钥。相反，它会结合密码和盐值，通过一个密钥派生函数（Key Derivation Function, KDF）来生成一个足够长的密钥材料，从中截取出实际的加密密钥（Key）和初始化向量（IV）。本例中，OpenSSL使用了PBKDF2（Password-Based Key Derivation Function 2）。

在PHP中，openssl_pbkdf2函数用于执行PBKDF2操作。一个常见的误解是该函数只返回密钥，但实际上，它返回的是一个拼接了密钥和IV的字符串。我们需要根据加密算法（AES-256-CBC）的特性来计算所需的密钥长度和IV长度，然后从openssl_pbkdf2的输出中正确地截取它们：

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• 密钥长度： AES-256算法的密钥长度是256位，即32字节。
• IV长度： AES-256-CBC模式的IV长度是128位，即16字节。可以通过openssl_cipher_iv_length('aes-256-cbc')函数动态获取。

因此，openssl_pbkdf2的key_length参数应设置为 32 + 16 = 48 字节。函数返回的48字节字符串中，前32字节是密钥，后16字节是IV。

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此外，PBKDF2的安全性高度依赖于迭代次数（iterations）和摘要算法（digest_algo）的选择。根据NIST（美国国家标准与技术研究院）的建议，迭代次数应尽可能大，通常至少10,000次，以增加暴力破解的成本。摘要算法应选择安全的哈希函数，如SHA-3（sha3-256）。

PHP解密实现步骤

基于上述对OpenSSL加密文件格式和密钥派生机制的理解，PHP解密的具体步骤如下：

1. 读取加密文件内容： 将整个加密文件读取到内存中。
2. 提取盐值： 从文件内容的第9个字节开始，提取连续的8个字节作为盐值。
3. 派生密钥和IV： 调用openssl_pbkdf2函数，传入用户密码、提取出的盐值、计算出的总长度（48字节）、正确的迭代次数（例如10000）和摘要算法（例如sha3-256），获取派生出的密钥材料。
4. 分离密钥和IV： 从派生出的密钥材料中，前32字节作为加密密钥，后16字节作为初始化向量。
5. 准备密文： 从原始文件内容中，跳过前16个字节（Salted__魔术字符串和8字节盐值），剩余部分即为纯粹的密文。
6. 执行解密： 调用openssl_decrypt函数，传入准备好的密文、加密算法（aes-256-cbc）、密钥和IV，即可得到原始的明文数据。

完整PHP解密代码示例

以下是实现上述解密过程的PHP代码：

<?php

/**
 * 解密OpenSSL AES-256-CBC PBKDF2加密的文件
 *
 * @param string $encryptedFilePath 加密文件的路径
 * @param string $password 用于加密的密码
 * @return string|false 解密后的明文内容，失败返回false
 */
function decryptOpenSslAes256CbcPbkdf2(string $encryptedFilePath, string $password)
{
    // 1. 读取加密文件内容
    $content = file_get_contents($encryptedFilePath);
    if ($content === false) {
        error_log("无法读取加密文件: " . $encryptedFilePath);
        return false;
    }

    // 检查文件是否足够长以包含Salted__头部和盐值
    if (mb_strlen($content, '8bit') < 16) {
        error_log("加密文件内容过短，不符合OpenSSL格式。");
        return false;
    }

    // 验证OpenSSL的Salted__头部
    $header = mb_substr($content, 0, 8, '8bit');
    if ($header !== 'Salted__') {
        error_log("文件头部不包含'Salted__'标识，可能不是OpenSSL加密文件。");
        return false;
    }

    // 2. 提取盐值 (Salt)
    // Salted__ (8 bytes) + Salt (8 bytes) = 16 bytes
    $salt = mb_substr($content, 8, 8, '8bit');

    // 定义加密算法和相关参数
    $cipherAlgo = 'aes-256-cbc';
    $keyLength = 32; // AES-256 密钥长度为 32 字节 (256 位)
    $ivLength = openssl_cipher_iv_length($cipherAlgo); // AES-256-CBC IV 长度为 16 字节 (128 位)

    // PBKDF2 派生总长度 = 密钥长度 + IV长度
    $derivationLength = $keyLength + $ivLength;

    // 推荐的迭代次数 (NIST SP 800-63B 建议至少 10,000)
    $iterations = 10000;
    // 推荐的摘要算法 (NIST 建议使用批准的哈希函数，如 SHA-3)
    $digestAlgo = 'sha3-256';

    // 3. 派生密钥和IV
    // openssl_pbkdf2 返回的是 Key 和 IV 的拼接
    $derivedKeyMaterial = openssl_pbkdf2(
        $password,
        $salt,
        $derivationLength,
        $iterations,
        $digestAlgo
    );

    if ($derivedKeyMaterial === false) {
        error_log("PBKDF2密钥派生失败。");
        return false;
    }

    // 4. 分离密钥和IV
    $key = mb_substr($derivedKeyMaterial, 0, $keyLength, '8bit');
    $iv = mb_substr($derivedKeyMaterial, $keyLength, $ivLength, '8bit');

    // 5. 准备密文
    // 密文从文件内容的第 16 个字节开始
    $cipherText = mb_substr($content, 16, encoding: '8bit');

    // 6. 执行解密
    $decryptedData = openssl_decrypt(
        $cipherText,
        $cipherAlgo,
        $key,
        OPENSSL_RAW_DATA, // 使用原始二进制数据
        $iv
    );

    if ($decryptedData === false) {
        error_log("openssl_decrypt 解密失败。错误信息: " . openssl_error_string());
        return false;
    }

    return $decryptedData;
}

// 示例用法：
$encryptedFile = 'crypt'; // 假设加密文件名为 'crypt'
$password = 'MYPASSWORD'; // 与加密时使用的密码一致

$decryptedContent = decryptOpenSslAes256CbcPbkdf2($encryptedFile, $password);

if ($decryptedContent !== false) {
    echo "解密成功，内容为: " . $decryptedContent . PHP_EOL;
} else {
    echo "解密失败！" . PHP_EOL;
}

?>

代码详解与注意事项

1. file_get_contents('crypt'): 用于读取整个加密文件的二进制内容。确保文件路径正确。
2. mb_substr($content, offset, length, '8bit'): 这是一个关键函数。由于加密数据是二进制的，直接使用substr可能会因多字节字符集而导致错误。mb_substr并指定'8bit'编码可以确保按字节精确截取，这对于处理二进制数据至关重要。
   • $salt = mb_substr($content, 8, 8, '8bit');：从文件内容的第9个字节（索引8）开始，截取8个字节作为盐值。
   • $cipherText = mb_substr($content, 16, encoding: '8bit');：从文件内容的第17个字节（索引16）开始，截取剩余所有内容作为密文。
3. openssl_pbkdf2() 参数：
   • $password：用于加密的原始密码。
   • $salt：从加密文件头部提取的8字节盐值。
   • $key_length: 48：这是最容易出错的地方。它不是指最终密钥的长度，而是指openssl_pbkdf2函数要派生出的总字节数。对于AES-256-CBC，需要32字节的密钥和16字节的IV，所以总长为48字节。
   • $iterations: 10000：迭代次数。根据NIST SP 800-63B标准，建议至少10,000次。迭代次数越多，破解难度越大，但计算时间也越长。
   • $digest_algo: 'sha3-256'：摘要算法。选择强度高的哈希算法，如sha3-256。
4. 密钥和IV的分离：
   • $key = mb_substr($derivatedKey, 0, 32, '8bit');：从openssl_pbkdf2的输出中截取前32字节作为AES密钥。
   • $iv = mb_substr($derivatedKey, 32, openssl_cipher_iv_length('aes-256-cbc'), '8bit');：从第33个字节（索引32）开始，截取IV长度的字节作为IV。openssl_cipher_iv_length('aes-256-cbc')动态获取IV长度，确保兼容性。
5. openssl_decrypt() 参数：
   • $cipherText：去除头部盐值后的纯密文。
   • 'aes-256-cbc'：加密算法，必须与加密时使用的算法一致。
   • $key：派生出的32字节密钥。
   • OPENSSL_RAW_DATA：这是一个可选的标志，指示openssl_decrypt函数返回原始二进制数据，而不是base64编码的数据。这通常是处理文件内容时的默认需求。
   • $iv：派生出的16字节IV。
6. 错误处理： 在实际应用中，务必对file_get_contents、openssl_pbkdf2和openssl_decrypt的返回值进行检查，因为它们在失败时会返回false。通过error_log或异常处理机制记录错误，有助于调试和提高程序的健壮性。

总结

在PHP中解密由OpenSSL命令行工具使用AES-256-CBC和PBKDF2加密的文件，其核心在于理解OpenSSL特有的文件格式，即盐值（Salt）被嵌入在加密数据头部。通过正确地提取盐值，并利用openssl_pbkdf2函数基于密码和盐值派生出正确的密钥（Key）和初始化向量（IV），再结合openssl_decrypt函数，即可成功还原原始明文。遵循NIST关于PBKDF2迭代次数和摘要算法的建议，可以显著增强解密过程的安全性。

以上就是PHP解密OpenSSL AES-256-CBC PBKDF2加密文件教程的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！