Java AES CTR加密输入中的查找

由于CTR模式下的AES非常适合随机访问，因此假设我在AES-CTR模式下使用

CipherOutputStream

创建了一个数据源。下面的库不是我的，它使用一个

RandomAccessFile

，允许查找文件中的特定字节偏移量

我最初的想法是使用

CipherInputStream

和

Cipher

一起使用正确的参数初始化，但不执行查找和状态，以不支持

标记

和

重置

---

我是否应该研究一下CTR的IV/block计数器的配置，并使用自定义输入流（听起来像是针对

self

的霰弹枪）重新创建该计数器，我是否错过了一部分API可以为我做到这一点或者采取我错过的其他方法？

我最终找到了在CTR模式下IV是如何更新的。事实证明，对于它处理的每个AES块，它都执行一个简单的+1。我按照下面的思路进行阅读

给定一个类，该类实现了类似于

读取
的方法，该方法将读取加密的字节序列中的下一个字节，并且需要支持在该序列中查找和以下变量：


块大小
：固定为16（128位，AES块大小）
cipher
：一个
javax.crypto.cipher
的实例，初始化为处理AES
delegate
：封装允许随机访问的加密资源的
java.io.InputStream

input
：我们将提供读取服务（流将负责解密）

seek
方法的实现如下：

void seek(long pos) {
    // calculate the block number that contains the byte we need to seek to
    long block = pos / BLOCK_SIZE;
    // allocate a 16-byte buffer
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK_SIZE);
    // fill the first 12 bytes with the original IV (the iv minus the actual counter value)
    buffer.put(cipher.getIV(), 0, BLOCK_SIZE - 4);
    // set the counter of the IV to the calculated block index + 1 (counter starts at 1)
    buffer.putInt(block + 1);
    IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(buffer.array());
    // re-init the Cipher instance with the new IV
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, iv);
    // seek the delegate wrapper (like seek() in a RandomAccessFile and 
    // recreate the delegate stream to read from the new location)
    // recreate the input stream we're serving reads from
    input = new CipherInputStream(delegate, cipher);
    // next read will be at the block boundary, need to skip some bytes to arrive at pos
    int toSkip = (int) (pos % BLOCK_SIZE);
    byte[] garbage = new byte[toSkip];
    // read bytes into a garbage array for as long as we need (should be max BLOCK_SIZE
    // bytes
    int skipped = input.read(garbage, 0, toSkip);
    while (skipped < toSkip) {
        skipped += input.read(garbage, 0, toSkip - skipped);
    }

    // at this point, the CipherStream is positioned at pos, next read will serve the 
    // plain byte at pos
}

void seek（长位置）{
//计算包含我们需要查找的字节的块号
长块=位置/块大小；
//分配一个16字节的缓冲区
ByteBuffer缓冲区=ByteBuffer.allocate（块大小）；
//用原始IV（IV减去实际计数器值）填充前12个字节
put（cipher.getIV（），0，块大小为-4）；
//将IV的计数器设置为计算的块索引+1（计数器从1开始）
buffer.putInt（块+1）；
IvParameterSpec iv=新的IvParameterSpec（buffer.array（））；
//使用新的IV重新初始化密码实例
cipher.init（cipher.ENCRYPT_模式，密钥，iv）；
//查找委托包装器（如RandomAccessFile中的seek（）），然后
//重新创建要从新位置读取的委托流）
//重新创建我们提供读取服务的输入流
输入=新的CipherInputStream（委托，密码）；
//下一次读取将在块边界，需要跳过一些字节才能到达pos
int toSkip=（int）（位置%BLOCK_大小）；
字节[]垃圾=新字节[toSkip]；
//根据需要将字节读入垃圾数组（应为最大块大小）
//字节
int skipped=input.read（垃圾，0，toSkip）；
while（跳过

请注意，此处省略了查找委托资源，因为这取决于委托
InputStream
下面的内容。还请注意，初始IV需要在计数器1（最后4个字节）处启动

单元测试表明这种方法是有效的（性能基准将在将来的某个时候完成：）。
CTR中的计数器应初始化为0，如果它滚动，则可能会使用相同的
nonce | | CTR
值重用相同的密钥，这对安全性是灾难性的。你应该在那之前重新键入。你是对的，我在这段时间内对我的实现做了一些修改，以符合规范（不确定为什么我没有找到/去做…）嗯，我不会再编辑注释了。根据我的观察，OracleJDK将整个IV字节序列作为一个大整数，而不仅仅是尾随的32位整数。字节[]ivBytes=新字节[16]；数组填充（ivBytes，（byte）-1）；IvParameterSpec iv=新的IvParameterSpec（ivBytes）；cipher.init（cipher.ENCRYPT_模式，密钥，iv）；cipher.update（新字节[16]）；字节[]o2=cipher.update（新字节[16]）；数组.fill（ivBytes，（byte）0）；iv=新的IvParameterSpec（ivBytes）；cipher.init（cipher.ENCRYPT_模式，密钥，iv）；字节[]o3=密码更新（新字节[16]）；Assert.assertarayequals（o2，o3）；>/将IV的计数器设置为计算的块索引+1（计数器从1开始），这是不正确的。IV是计数器，不仅仅是最后四个字节。请参阅@fishfaulty>中的示例，CTR中的计数器应初始化为0。这是不正确的。无论您在
[0..2^128-1]
中的起始值是多少，您都将在执行2^128个步骤后重新使用它。