探讨NET Core数据进行3DES加密或解密弱密钥问题

前言

之前写过一篇《探讨.NET Core数据进行3DES加密和解密问题》，最近看到有人提出弱密钥问题，换个强密钥不就完了吗，猜测可能是与第三方对接导致很无奈不能更换密钥，所以产生本文解决.NET Core中3DES弱密钥问题，写下本文，希望对碰到此问题的童鞋有所帮助。

3DES加密或解密弱密钥

在基于.NET Framework中，我们可以使用反射获取到TripleDESCryptoServiceProvider的“_NewEncryptor”私有方法，从而规避判断弱秘钥问题，但在.NET Core中没有这个方法，我们首先来看看问题的产生，如下为.NET Core中加密和解密的方法实现

public static string DesEncrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    byte[] allKey = new byte[];
    Buffer.BlockCopy(byteKey, , allKey, , );
    Buffer.BlockCopy(byteKey, , allKey, , );
    tripleDES.Key = allKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateEncryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, , inputArray.Length);
    return Convert.ToBase64String(resultArray, , resultArray.Length);
}

public static string DesDecrypt(string input, string key)
{
    byte[] inputArray = Convert.FromBase64String(input);
    var tripleDES = TripleDES.Create();
    var byteKey = Encoding.UTF8.GetBytes(key);
    byte[] allKey = new byte[];
    Buffer.BlockCopy(byteKey, , allKey, , );
    Buffer.BlockCopy(byteKey, , allKey, , );
    tripleDES.Key = byteKey;
    tripleDES.Mode = CipherMode.ECB;
    tripleDES.Padding = PaddingMode.PKCS7;
    ICryptoTransform cTransform = tripleDES.CreateDecryptor();
    byte[] resultArray = cTransform.TransformFinalBlock(inputArray, , inputArray.Length);
    return Encoding.UTF8.GetString(resultArray);
}

接下来我们调用上述加密方法对数据进行加密，当然这里的密钥很简单为16位1，NET Framework中对弱密钥的具体判断逻辑这里不做深入分析，如下：

var desEncryptData = DesEncrypt("Jeffcky", "");

为解决这个问题我们下载BouncyCastle.NetCore包（https://github.com/chrishaly/bc-csharp），此包有针对基本所有加密算法实现，你会发现通过该包实现和Java中加密算法实现非常相似，若与第三方Java对接，对方所传数据可能利用.NET Core无法解密或通过加密导致对方无法解密，因为无论是C#还是Java对于算法的实现还是有所差异，利用此包可以进行互操作。

在C#中3DES名称定义为TripleDES，而在Java中名称则是DESede，同时C#中的填充模式PKCS7对应Java中的PKCS5Padding，接下来你将看到如下C#代码几乎就是从Java中翻译过来，如下：

static IBufferedCipher CreateCipher(bool forEncryption, string key,
            string cipMode = "DESede/ECB/PKCS5Padding")
{
    var algorithmName = cipMode;
    if (cipMode.IndexOf('/') >= )
    {
        algorithmName = cipMode.Substring(, cipMode.IndexOf('/'));
    }

    var cipher = CipherUtilities.GetCipher(cipMode);

    var keyBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(key);

    var keyParameter = ParameterUtilities.CreateKeyParameter(algorithmName, keyBytes);

    cipher.Init(forEncryption, keyParameter);

    return cipher;
}

如上主要是创建加密算法接口（默认为3DES），若forEncryption为true表示加密，否则解密，具体细节这里就不再详细解释，有兴趣的童鞋可自行研究。接下来我们实现加密和解密方法：

static string EncryptData(string input, string key)
{
    var inCipher = CreateCipher(true, key);

    var inputArray = Encoding.UTF8.GetBytes(input);

    byte[] cipherData = inCipher.DoFinal(inputArray);

    return Convert.ToBase64String(cipherData);
}

static string DecryptData(string input, string key)
{
    var inputArrary = Convert.FromBase64String(input);

    var outCipher = CreateCipher(false, key);

    var encryptedDataStream = new MemoryStream(inputArrary, false);

    var dataStream = new MemoryStream();

    var outCipherStream = new CipherStream(dataStream, null, outCipher);

    int ch;
    while ((ch = encryptedDataStream.ReadByte()) >= )
    {
        outCipherStream.WriteByte((byte)ch);
    }

    outCipherStream.Close();
    encryptedDataStream.Close();

    var dataBytes = dataStream.ToArray();

    return Encoding.UTF8.GetString(dataBytes);
}

虽然密钥是16位，但在内置具体实现时也会如.NET Core中一样填充到24位，接下来我们再来调用上述加密和解密方法，看看数据加密和解密是否正确

var data = EncryptData("Jeffcky", "");

var decryptData = DecryptData(data, "");

那么问题来了，为何在C#中会抛出弱密钥异常，但是在这个包中却没能抛出异常呢？内置是基于Schneier pp281的弱和半弱键表进行查找可能与C#实现逻辑有所不同（个人猜测），如下：

public const int DesKeyLength = ;

private const int N_DES_WEAK_KEYS = ;

//基于Schneier pp281的弱和半弱键表
private static readonly byte[] DES_weak_keys =
{
    /* 弱键 */
    (byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01, (byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,(byte)0x01,
    (byte)0x1f,(byte)0x1f,(byte)0x1f,(byte)0x1f, (byte)0x0e,(byte)0x0e,(byte)0x0e,(byte)0x0e,
    (byte)0xe0,(byte)0xe0,(byte)0xe0,(byte)0xe0, (byte)0xf1,(byte)0xf1,(byte)0xf1,(byte)0xf1,
    (byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe, (byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,(byte)0xfe,

    /* 半弱键 */
    (byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe, (byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,
    (byte)0x1f,(byte)0xe0,(byte)0x1f,(byte)0xe0, (byte)0x0e,(byte)0xf1,(byte)0x0e,(byte)0xf1,
    (byte)0x01,(byte)0xe0,(byte)0x01,(byte)0xe0, (byte)0x01,(byte)0xf1,(byte)0x01,(byte)0xf1,
    (byte)0x1f,(byte)0xfe,(byte)0x1f,(byte)0xfe, (byte)0x0e,(byte)0xfe,(byte)0x0e,(byte)0xfe,
    (byte)0x01,(byte)0x1f,(byte)0x01,(byte)0x1f, (byte)0x01,(byte)0x0e,(byte)0x01,(byte)0x0e,
    (byte)0xe0,(byte)0xfe,(byte)0xe0,(byte)0xfe, (byte)0xf1,(byte)0xfe,(byte)0xf1,(byte)0xfe,
    (byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01, (byte)0xfe,(byte)0x01,(byte)0xfe,(byte)0x01,
    (byte)0xe0,(byte)0x1f,(byte)0xe0,(byte)0x1f, (byte)0xf1,(byte)0x0e,(byte)0xf1,(byte)0x0e,
    (byte)0xe0,(byte)0x01,(byte)0xe0,(byte)0x01, (byte)0xf1,(byte)0x01,(byte)0xf1,(byte)0x01,
    (byte)0xfe,(byte)0x1f,(byte)0xfe,(byte)0x1f, (byte)0xfe,(byte)0x0e,(byte)0xfe,(byte)0x0e,
    (byte)0x1f,(byte)0x01,(byte)0x1f,(byte)0x01, (byte)0x0e,(byte)0x01,(byte)0x0e,(byte)0x01,
    (byte)0xfe,(byte)0xe0,(byte)0xfe,(byte)0xe0, (byte)0xfe,(byte)0xf1,(byte)0xfe,(byte)0xf1
};

public static bool IsWeakKey(byte[]    key, int offset)
{
    if (key.Length - offset < DesKeyLength)
        throw new ArgumentException("key material too short.");

    //nextkey:
    for (int i = ; i < N_DES_WEAK_KEYS; i++)
    {
        bool unmatch = false;
        for (int j = ; j < DesKeyLength; j++)
        {
            if (key[j + offset] != DES_weak_keys[i * DesKeyLength + j])
            {
                //continue nextkey;
                unmatch = true;
                break;
            }
        }

        if (!unmatch)
        {
            return true;
        }
    }

    return false;
}

如果第三方为Java，当利用.NET Core实在走投无路无法进行解密时，那就使用上述提供的解密方法进行解密，理论上都可以解密，不能解密的情况大多出现于对C#和Java实现原理不了解导致，如下：

总结

本文重点在于解决.NET Core中3DES弱密钥问题，同时和第三方对接时实在懒得去理解各语言实现加密算法原理，可尝试采用上述包来进行互操作，看到有几位童鞋在文章下提出这个问题而苦于没找到解决方案，这里提供一种可选择的方案，都已封装好，拿去用吧。