PHP 加密技術指南（二之二）

阿恆

May 16, 2008

本文轉載了資深的 PHP 開發人員 Octavia Andreea Anghel 在 DevX.com 發表的 PHP 加密技術的教學文件，第一部分介紹了 PHP 預設的加密功能，及擴充模組 MCrypt 的安裝及應用方法。本文將會繼續介紹其他擴充模組。

用 MHash 建立散列值

MHash 是一個免費的函式庫，提供大量散列值算法，這些算法可用來計算校驗值 (checksum)、訊息摘要 (message digests)、及建立數碼簽署。

安裝 libmhash

下載 libmhash.dll。
複製 libmhash.dll 到 {php_home}/ext 及 {Windows_home}/System32 資料夾。
在 php.ini 中把 extension=php_mhash.dll 前面的評論符號「;」刪除，啟動這個模組。
儲存更新後的 php.ini。

支援的散列算法

MHash 目前支援的散列算法包括：

MHASH_ADLER32
MHASH_CRC32
MHASH_CRC32B
MHASH_GOST
MHASH_HAVAL128
MHASH_HAVAL160
MHASH_HAVAL192
MHASH_HAVAL256
MHASH_MD4
MHASH_MD5
MHASH_RIPEMD160
MHASH_SHA1
MHASH_SHA256
MHASH_TIGER
MHASH_TIGER128
MHASH_TIGER160

以下範例把明文 textfile.txt 加密並把結果寫到 encrypted.txt：

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<?php
$file = 'textfile.txt';
$initial_contents = file_get_contents($file);

if ($initial_contents) {
    // mhash() 使用 MHASH\_MD5 算法來處理 $initial_contents
    $encrypted = mhash(MHASH_MD5, $initial_contents);

    // 取得 Unix 現在的 timestamp
    $current = time();
    $salt = $current;
    $password = "Octavia";

    // mhash_keygen_s2k 函式根據指定的散列函數及用戶提供的密碼產生一個密鑰
    $hash = mhash_keygen_s2k(MHASH_GOST, $password, $salt, 20);

    // 串聯 $salt 和 $hash
    $key = $salt . "|" . bin2hex($hash);
    $encrypted_file = @fopen("encrypted.txt", "w");
    $ok_encrypt = @fwrite($encrypted_file, "mhash: " . bin2hex($encrypted) . " mhash_keygen_s2k:" . $key);
    if ($ok_encrypt) {
        echo "成功建立密文檔案 encrypted_file.txt!!!";
    }
    else {
        echo ("檔案寫入失敗!");
    }
    @fclose($encrypted_file);
}
?>

秘密鑰匙和 Crypt_Blowfish

秘密密鑰加密法利用一個單一的密鑰來加密和解密，所以也稱為「對稱密鑰」(symmetric key)，舉例來說，常見的 DES 算法就是一個祕密密鑰算法。PEAR 的 Crypt_Blowfish 套件基於 Blowfish 區塊加密算法，提供雙向加密功能，無論是有或沒有祕密密鑰。這個套件無需依賴 MCrypt，但若果有的話 Crypt_Blowfish 可以使用它，這個套件最新的穩定版本是 1.0.1，安裝程序跟其他 PEAR 套件沒有分別：

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> pear install pear_package_name

這個套件採用了兩個在 blowfish.php 中定義的類，所有使用 Crypt_Blowfish 套件的程式均需 include 這個檔案：

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require_once 'Crypt/Blowfish.php';

以下熟悉的加密原碼示範 Crypt_Blowfish 的用法：

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<?php
require_once 'Crypt/Blowfish.php';

$file = 'textfile.txt';
$initial_contents = file_get_contents($file);

if ($initial_contents) {
    $bf = new Crypt_Blowfish("some secret key!");
    // 加密一個字串
    $encrypted = $bf->encrypt($initial_contents);
    $encrypted_file = @fopen("encrypted.txt","w");
    $ok_encrypt = @fwrite($encrypted_file,$encrypted);
    if ($ok_encrypt) {
        echo "成功建立密文檔案 encrypted_file.txt!!!";
    }
    else {
        echo ("檔案寫入失敗!");
    }
    @fclose($encrypted_file);

    // 把一個已加密的字串解密
    $plaintext = $bf->decrypt($encrypted);
    $newfile = @fopen("newfile.txt","w");
    $ok_decrypt = @fwrite($newfile,$plaintext);
    if ($ok_decrypt) {
        echo "成功建立解密文件 newfile.txt!!!";
    }
    else {
        echo ("檔案寫入失敗!");
    }
    @fclose($newfile);
}
?>

PEAR 的 Crypt_RSA PEAR 套件讓你用任意長度的密鑰來加密數據

這個套件是以 RSA 區塊加密技術為基礎，支持雙向加密，它支援任意長度的密鑰來加密和解密，最新的 1.0.0 穩定版本可在這裏下載，並像安裝其他 PEAR 套件一樣安裝它。

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> pear install pear_package_name

Crypt_RSA 需要執行密集的數學計算，並需要以下其中一個擴充模組：

PECL big_int extension (需要版本 1.0.3 或以上)
PHP GMP extension
PHP BCMath extension for PHP4/PHP5，由於只有 PHP 4.0.4 綑綁了 libbcmath，所以需要這個模組

以下是使用這個套件的範例：

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<?php
require_once 'Crypt/RSA.php';

// 產生一雙對稱密鑰
function generate_key_pair() {
    global $public_key, $private_key;
    $key_pair = new Crypt_RSA_KeyPair(32);

    // 從這雙密鑰中提取公鑰
    $public_key = $key_pair->getPublicKey();

    // 從這雙密鑰中提取密鑰
    $private_key = $key_pair->getPrivateKey();
}

// 監察執行時錯誤
function check_error(&$obj) {
    if ($obj->isError()) {
        $error = $obj->getLastError();
        switch ($error->getCode()) {
            case CRYPT_RSA_ERROR_WRONG_TAIL :
                // 無須做任何事
                break;
            default:
                // 顯示錯誤訊息然後退出
                echo "error: ", $error->getMessage();
                exit;
        }
    }
}

$file = "textfile.txt";
generate_key_pair();
$plain_text = file_get_contents($file);

// 把公鑰表達為一個字符串
$key = Crypt_RSA_Key::fromString($public_key->toString());
$rsa_obj = new Crypt_RSA;
check_error($rsa_obj);

// 用密鑰 $key 加密 $plain_text
$encrypted = $rsa_obj->encrypt($plain_text, $key);
$encrypted_file = @fopen("encrypted.txt", "w");
$ok_encrypt = fwrite($encrypted_file, $encrypted);
if ($ok_encrypt) {
    echo "成功建立密文檔案 encrypted_file.txt!!!";
}
else{
    echo ("檔案寫入失敗!");
}
@fclose($encrypted_file);
$enc_text = $encrypted;

// 把密鑰表達為一個字符串
$key2 = Crypt_RSA_Key::fromString($private_key->toString());
check_error($key2);

// 檢查加密／解密函式的行為
$rsa_obj->setParams(array("dec_key" => $key2));
check_error($rsa_obj);

// 解密 $enc_text
$decrypted = $rsa_obj->decrypt($enc_text);
$newfile = @fopen("newfile.txt", "w");
$ok_decrypt = @fwrite($newfile, $decrypted);
if ($ok_decrypt) {
    echo "成功建立解密文件 newfile.txt!!!";
}
else {
    echo ("檔案寫入失敗!");
}
@fclose($newfile);
?>

用 Crypt_HMAC 來產生散列值

PEAR 的 Crypt_HMAC 套件有一個類可以用來計算 RFC 2104 兼容的散列值，Crypt_HMAC 很容易使用，你只需告訴它你的密鑰、散列計算方法、和明文。Crypt_HMAC 支援 MD5 和 SHA-1 算法，最新的穩定版本是 1.0.0，它跟其他 PEAR 套件的安裝方法沒有分別：

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> pear install pear_package_name

以下是使用 Crypt_HMAC 產生散列值的範例：

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<?php
require_once 'Crypt/HMAC.php';

// 把字符 "0x0b" 重複二十次來產生一個密鑰
$key = str_repeat(chr(0x0b), 20);

// 產生一個 Crypt_HMAC 類的實體
$crypt = new Crypt_HMAC($key, "md5");

// 散列函式
echo $crypt->hash("Hello");
$key = str_repeat(chr(0xaa), 10);
$data = str_repeat(chr(0xdd), 50);

// 把散列函式的密鑰設定為 $key
$crypt->setKey($key);
echo $crypt->hash($data) . "\n";
?>

使用 PEAR 的 Crypt_DiffieHellman 套件來產生密鑰

這個 PEAR 套件在 PHP 5 環境下實作 Diffie-Hellman 密鑰交換協議，你可以使用這個協議來產生一個密鑰，並把密鑰交給兩伙人，讓他們在一個非安全通道上通訊，你可以在這裏下載最新的 0.2.1 (beta) 版本，它跟其他 PEAR 套件的安裝方法沒有分別：

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> pear install pear_package_name

以下兩個程式示範怎樣為兩伙人 (subject_1 和 subject_2) 產生密鑰，第一個程式示範用 Diffie Hellman 算法產生密鑰的最簡單方法：

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<?php
// 引入 Diffie Hellman 函式
require_once 'Crypt/DiffieHellman.php';

// 為兩夥人設定所需的引數
$subject_1 = array("prime"=>"123", "generator"=>"7", "private"=>"3");
$subject_2 = array("prime"=>"123", "generator"=>"7", "private"=>"34");

// 運用 Diffie Hellman 算法
$subject_1_GK = new Crypt_DiffieHellman(
    $subject_1["prime"], $subject_1["generator"],
    $subject_1["private"]);
$subject_2_GK = new Crypt_DiffieHellman(
    $subject_2["prime"], $subject_2["generator"],
    $subject_2["private"]);

// 產生密鑰
$subject_1_GK->generateKeys();
$subject_2_GK->generateKeys();

// 計算密鑰
$subject_1\SK = $subject_1_GK->computeSecretKey($subject_2_GK->getPublicKey())
    ->getSharedSecretKey();
$subject_2_SK = $subject_2\GK->computeSecretKey($subject_1_GK->getPublicKey())
    ->getSharedSecretKey();

// 顯示密鑰
echo("Subject_1_SK:" . $subject_1_SK);
echo("Subject_2_SK:" . $subject_2_SK);
?>

第二個程式示範用 Diffie Hellman 的 BINARY 模式產生密鑰：

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<?php
// 引入 Diffie Hellman 函式
require_once 'Crypt/DiffieHellman.php';

// 為兩夥人設定所需的引數
$subject_1 = array(
    "prime" => "9568094558049898340935098349053",
    "generator" => "2",
    "private" => "2232370277237628823279273723742872289398723");
$subject_2 = array(
    "prime" => "9568094558049898340935098349053",
    "generator" => "2",
    "private" => "0389237288721323987429834389298232433363463");

// 運用 Diffie Hellman 算法
$subject_1_GK = new Crypt_DiffieHellman(
    $subject_1["prime"], $subject_1["generator"],
    $subject_1["private"]);
$subject_2_GK = new Crypt_DiffieHellman(
    $subject_2["prime;], $subject_2["generator"],
    $subject_2["private"]);

// 產生密鑰
$subject_1_GK->generateKeys();
$subject_2_GK->generateKeys();

// 用 BINARY 模式計算密鑰
$subject_1_SK = $subject_1_GK->computeSecretKey(
    $subject_2_GK->getPublicKey(Crypt_DiffieHellman::BINARY),
    Crypt_DiffieHellman::BINARY)->getSharedSecretKey(Crypt_DiffieHellman::BINARY);
    $subject_2_SK =
        $subject_2_GK->computeSecretKey($subject_1_GK->getPublicKey(Crypt_DiffieHellman::BINARY), Crypt_DiffieHellman::BINARY)->
        getSharedSecretKey(Crypt_DiffieHellman::BINARY);

// 顯示密鑰
echo("subject_1_SK:".$subject_1_SK);
echo("subject_2_SK:" . $subject_2_SK);
?>

使用以上提及的各式各樣加密方案，你應該可以做到任何想做的事，加密是一個敏感的安全問題，正如你見到的，解決方案和實作都很多，本文的資訊可以幫助你認識這個課題，但要更進一步，只有在系統安全上的經驗和努力工作，才能幫助你選擇合適的加密方案，使你在安全性、速度、和實作時間上取得平衡。