класс OpenSSL::Cipher

Предоставляет симметричные алгоритмы для шифрования и дешифрования. Доступные алгоритмы зависят от установленной версии OpenSSL.

Список всех поддерживаемых алгоритмов

Список поддерживаемых алгоритмов можно получить, выполнив

puts OpenSSL::Cipher.ciphers

Создание экземпляра Cipher

Существует несколько способов создания экземпляра Cipher. В целом, алгоритм Cipher определяется его именем, длиной ключа в битах и режимом шифрования. Наиболее общий способ создания Cipher следующий

cipher = OpenSSL::Cipher.new('<name>-<key length>-<mode>')

То есть, строка, состоящая из склеенных через дефис имени, длины ключа и режима. Можно использовать как строчные, так и прописные буквы, например:

cipher = OpenSSL::Cipher.new('AES-128-CBC')

Для каждого поддерживаемого алгоритма определен класс под классом Cipher, который носит имя шифра, например, для получения экземпляра AES можно также использовать

# these are equivalent
cipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :CBC)
cipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, 'CBC')
cipher = OpenSSL::Cipher::AES.new('128-CBC')

Наконец, из-за широкого использования также определены дополнительные классы для различных размеров ключей AES

cipher = OpenSSL::Cipher::AES128.new(:CBC)
cipher = OpenSSL::Cipher::AES192.new(:CBC)
cipher = OpenSSL::Cipher::AES256.new(:CBC)

Выбор режима шифрования или дешифрования

Шифрование и дешифрование для симметричных алгоритмов часто являются очень похожими операциями; это отражается в отсутствии необходимости выбирать разные классы для этих операций. Обе операции можно выполнить, используя один и тот же класс. Тем не менее, после получения экземпляра Cipher необходимо указать, что мы хотим сделать с ним, поэтому необходимо вызвать либо

cipher.encrypt

или

cipher.decrypt

для экземпляра Cipher. Это должно быть первое обращение после создания экземпляра, в противном случае уже установленные параметры могут быть потеряны в процессе.

Выбор ключа

Симметричное шифрование требует ключа, который одинаков для шифрования и дешифрования, и после первоначального установления ключа должен храниться в конфиденциальности. Существует много способов создания небезопасных ключей, наиболее заметным из которых является просто использование пароля в качестве ключа без дальнейшей обработки пароля. Простой и безопасный способ создания ключа для определенного Cipher это

cipher = OpenSSL::AES256.new(:CFB)
cipher.encrypt
key = cipher.random_key # also sets the generated key on the Cipher

Если вам абсолютно необходимо использовать пароли в качестве ключей шифрования, вы должны использовать функцию вывода ключа на основе пароля PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2), генерируя ключ с помощью функциональности, предоставляемой OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac_sha1 или OpenSSL::PKCS5.pbkdf2_hmac.

Хотя есть #pkcs5_keyivgen, его использование устарело, и его следует использовать только в устаревших приложениях, потому что он не использует новые алгоритмы PKCS#5 v2.

Выбор IV

Режим шифрования CBC, CFB, OFB и CTR нуждаются в «векторе инициализации» или, короче, IV. Режим ECB является единственным режимом, не требующим IV, но для него практически нет законных случаев использования из-за того, что он недостаточно скрывает шаблоны открытого текста. Поэтому

Вы никогда не должны использовать режим ECB, если не уверены, что вам он действительно необходим

Из-за этого вы получите режим, который явно требует IV в любом случае. Обратите внимание, что по соображениям совместимости с предыдущими версиями, установка IV не является явно обязательной в API Cipher. Если он не установлен, сам OpenSSL по умолчанию устанавливает IV со всеми нулями («\0», а не символ). Хотя IV можно рассматривать как публичную информацию, т. е. он может передаваться публично после генерации, он должен оставаться непредсказуемым, чтобы предотвратить определенные виды атак. Поэтому, в идеале

Всегда создавайте безопасный случайный IV для каждого шифрования вашего Cipher

Новый случайный IV должен создаваться для каждого шифрования данных. Подумайте об IV как о номере, используемом один раз (nonce) — он публичен, но случайный и непредсказуемый. Безопасный случайный IV можно создать следующим образом

cipher = ...
cipher.encrypt
key = cipher.random_key
iv = cipher.random_iv # also sets the generated IV on the Cipher

Although the key is generally a random value, too, it is a bad choice
as an IV. There are elaborate ways how an attacker can take advantage
of such an IV. As a general rule of thumb, exposing the key directly
or indirectly should be avoided at all cost and exceptions only be
made with good reason.

Вызов #final

Режимы ECB (который не следует использовать) и CBC являются блочными режимами. Это означает, что в отличие от других потоковых режимов, они работают с блоками данных фиксированного размера и, следовательно, требуют шага «окончания», чтобы обработать или правильно дешифровать последний блок данных, правильно обрабатывая какой-либо вид заполнения. Поэтому очень важно добавить результат #final в свой буфер шифрования/дешифрования, иначе вы получите ошибки дешифрования или усеченные данные.

Хотя это не совсем необходимо для шифров в потоковом режиме, все же рекомендуется применять ту же схему добавления результата #final и там — это также позволит вам легче переключаться между режимами в будущем.

Шифрование и дешифрование некоторых данных

data = "Very, very confidential data"

cipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :CBC)
cipher.encrypt
key = cipher.random_key
iv = cipher.random_iv

encrypted = cipher.update(data) + cipher.final
...
decipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :CBC)
decipher.decrypt
decipher.key = key
decipher.iv = iv

plain = decipher.update(encrypted) + decipher.final

puts data == plain #=> true

Аутентифицированное шифрование и связанные данные (AEAD)

Если используемая версия OpenSSL поддерживает это, режим аутентифицированного шифрования (например, GCM или CCM) всегда следует предпочитать любому неаутентифицированному режиму. В настоящее время OpenSSL поддерживает режим AE только в сочетании с ассоциированными данными (AEAD), где дополнительные ассоциированные данные включаются в процесс шифрования для вычисления тега в конце шифрования. Этот тег также будет использоваться в процессе дешифрования и, проверив его валидность, устанавливается подлинность данного шифрованного текста.

Это превосходит неаутентифицированные режимы тем, что позволяет обнаружить, если кто-то фактически изменил шифрованный текст после его шифрования. Это предотвращает вредоносные изменения шифрованного текста, которые в противном случае могли быть использованы для изменения шифрованных текстов, выгодных потенциальным злоумышленникам.

Если для шифрования и последующего дешифрования не нужны ассоциированные данные, библиотека OpenSSL все равно требует установки значения — «» может быть использовано в случае отсутствия данных. Пример с использованием режима GCM (Galois Counter Mode):

cipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :GCM)
cipher.encrypt
key = cipher.random_key
iv = cipher.random_iv
cipher.auth_data = ""

encrypted = cipher.update(data) + cipher.final
tag = cipher.auth_tag

decipher = OpenSSL::Cipher::AES.new(128, :GCM)
decipher.decrypt
decipher.key = key
decipher.iv = iv
decipher.auth_tag = tag
decipher.auth_data = ""

plain = decipher.update(encrypted) + decipher.final

puts data == plain #=> true