PHP解密OpenSSL AES-256-CBC加密文件（PBKDF2密钥派生）

本文详细阐述了如何在PHP中解密使用OpenSSL命令行工具通过AES-256-CBC模式、PBKDF2密钥派生函数（KDF）加密的文件。教程涵盖了OpenSSL加密文件格式中盐值的提取方法，以及如何利用openssl_pbkdf2函数正确生成加密所需的密钥（Key）和初始化向量（IV），并最终通过openssl_decrypt函数完成解密操作，提供了完整的PHP示例代码和关键参数的解释。

理解OpenSSL加密文件格式

当使用OpenSSL命令行工具进行加密，特别是结合了盐值（Salt）和PBKDF2等密钥派生函数时，OpenSSL会将一些元数据（如盐值）直接嵌入到输出的加密文件中。这并非基于某个通用标准，而是OpenSSL自身的约定。对于AES-256-CBC加密，OpenSSL 1.1.1版本及更高版本的输出文件通常遵循以下结构：

1. 魔术字符串： 文件的前8个字节是固定字符串 Salted__。
2. 盐值（Salt）： 紧随其后的8个字节是实际用于密钥派生的盐值。

因此，要从加密文件中获取盐值，我们需要读取文件的前16个字节，并从中提取出盐值部分。

密钥（Key）与初始化向量（IV）的生成

在OpenSSL的加密流程中，当使用PBKDF2（pbkdf2参数）和指定摘要算法（如sha3-256）时，密钥（Key）和初始化向量（IV）并非独立生成，而是都从用户提供的密码和提取出的盐值通过PBKDF2函数派生而来。

PHP的openssl_pbkdf2函数在生成派生密钥时，其返回值实际上是密钥和IV的串联。这意味着我们需要计算总的派生长度，然后将返回的字符串分割成独立的密钥和IV。

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• 密钥长度： 对于AES-256加密，密钥长度为32字节（256位）。
• IV长度： 对于AES-256-CBC模式，IV长度为16字节。这个长度可以通过openssl_cipher_iv_length(‘aes-256-cbc’)函数获取。

因此，openssl_pbkdf2函数所需的key_length参数应为密钥长度加上IV长度的总和，即 32 + 16 = 48字节。派生完成后，前32字节是密钥，后16字节是IV。

PHP解密实现

基于上述理解，解密过程可以分解为以下几个步骤：

1. 读取加密文件内容： 将整个加密文件的内容读入内存。
2. 提取盐值： 从文件内容的第9字节开始，提取8个字节作为盐值。
3. 派生密钥和IV： 使用openssl_pbkdf2函数，结合原始密码、提取的盐值、计算出的总长度（48字节）、迭代次数（OpenSSL命令行中指定的10000次）和摘要算法（sha3-256），生成包含密钥和IV的派生字符串。
4. 分离密钥和IV： 将派生字符串的前32字节作为密钥，后16字节作为IV。
5. 提取密文： 从原始文件内容中，跳过开头的16字节（Salted__和盐值），剩余部分即为纯粹的密文。
6. 执行解密： 使用openssl_decrypt函数，传入提取的密文、加密算法（aes-256-cbc）、分离出的密钥和IV，完成解密。

以下是实现上述步骤的PHP代码示例：

<?php
// 定义加密文件路径和原始密码
$encryptedFilePath = 'crypt'; // 假设加密文件名为 'crypt'
$password = 'MYPASSWORD';    // 替换为加密时使用的实际密码
// 1. 读取加密文件内容
$content = file_get_contents($encryptedFilePath);
// 检查文件是否成功读取且内容长度足够
if ($content === false || mb_strlen($content, '8bit') < 16) {
die("错误：无法读取加密文件或文件内容不足。\n");
}
// 2. 提取盐值
// 盐值位于文件内容的第9字节到第16字节（共8字节）
$salt = mb_substr($content, 8, 8, '8bit');
// 3. 派生密钥和IV
// AES-256密钥长度为32字节 (256位)
$keyLength = 32;
// AES-256-CBC的IV长度，通过openssl_cipher_iv_length获取
$ivLength = openssl_cipher_iv_length('aes-256-cbc');
// PBKDF2总派生长度为密钥长度 + IV长度
$totalDerivedLength = $keyLength + $ivLength; // 32 + 16 = 48字节
// 迭代次数应与加密时保持一致，NIST推荐至少10000次
$iterations = 10000;
// 摘要算法应与加密时保持一致
$digestAlgo = 'sha3-256';
// 使用openssl_pbkdf2派生密钥和IV的组合
$derivedKeyAndIv = openssl_pbkdf2(
$password,
$salt,
$totalDerivedLength, // key_length 参数是密钥和IV的总长度
$iterations,
$digestAlgo
);
// 检查派生结果是否成功
if ($derivedKeyAndIv === false) {
die("错误：密钥和IV派生失败。\n");
}
// 4. 分离密钥和IV
// 派生字符串的前32字节是密钥
$key = mb_substr($derivedKeyAndIv, 0, $keyLength, '8bit');
// 派生字符串的后16字节是IV
$iv = mb_substr($derivedKeyAndIv, $keyLength, $ivLength, '8bit');
// 5. 提取密文
// 密文从文件内容的第17字节开始（跳过8字节的'Salted__'和8字节的盐值）
$cipherText = mb_substr($content, 16, encoding: '8bit');
// 6. 执行解密
$decryptedText = openssl_decrypt($cipherText, 'aes-256-cbc', $key, 0, $iv);
// 检查解密结果
if ($decryptedText === false) {
die("错误：解密失败。请检查密码、盐值、密钥和IV是否正确。\n");
}
echo "解密成功！\n";
echo "原始明文：\n";
echo $decryptedText . "\n";
?>

代码解释和注意事项：

• mb_substr(…, ‘8bit’)： 使用mb_substr并指定’8bit’编码是为了确保按字节而不是按字符进行截取，这对于处理二进制数据至关重要。
• key_length参数： openssl_pbkdf2的key_length参数是指函数返回的派生字符串的总长度。对于OpenSSL的密钥和IV组合派生，这个长度是密钥长度和IV长度之和。
• iterations和digest_algo： 这两个参数必须与OpenSSL命令行加密时使用的参数完全一致。iterations（迭代次数）越大，破解难度越高，但计算耗时也越长。NIST建议PBKDF2的迭代次数至少为10000次。digest_algo（摘要算法）也应保持一致，例如sha3-256。
• 错误处理： 示例代码中加入了基本的错误检查，例如文件读取失败、PBKDF2派生失败和解密失败。在实际应用中，应根据需求实现更健壮的错误处理机制。
• 密码安全性： 示例中的密码MYPASSWORD应替换为实际使用的强密码，并避免在代码中硬编码。

通过遵循上述步骤和代码，您可以在PHP中成功解密由OpenSSL命令行使用AES-256-CBC和PBKDF2加密的文件。理解OpenSSL特定的文件格式和密钥派生机制是实现互操作性的关键。