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cryptography - libgcrypt 如何为 CTR 模式增加计数器？

问题描述

我有一个使用 libgcrypt 的 CTR 模式实现使用 AES-256 加密的文件。我希望能够部分解密文件（例如，在不解密整个文件的情况下解密 20 个块中的第 5-10 个块）。

我知道通过使用 CTR 模式，我应该可以做到。我只需要知道正确的计数器。问题在于我所拥有的只是块 0 的初始计数器。例如，如果我想解密块 5，我需要另一个计数器，它是通过对从 0 开始的每个块的初始计数器执行一些操作来实现的到 5。

我似乎找不到 libgcrypt 公开的 API，以便在给定初始计数器的情况下计算后续块的计数器。

给定块#0的计数器，我如何计算后面块（例如块#5）的计数器？

标签： cryptographyblock-cipherlibgcryptctr-mode

解决方案

如有疑问，请前往源头。这是 gcrypt 的通用 CTR 模式实现 ( _gcry_cipher_ctr_encrypt()in cipher-ctr.c) 中的代码，它增加了计数器：

for (i = blocksize; i > 0; i--)
  {
    c->u_ctr.ctr[i-1]++;
    if (c->u_ctr.ctr[i-1] != 0)
      break;
  }

在 libgcrypt 源代码的其他地方还可以找到其他更优化的计数器递增实现，例如在各种特定于密码的快速批量 CTR 加密实现中，但这个通用的恰好是好的和可读的。（当然，所有这些替代实现无论如何都需要产生相同的计数器值序列，以便 gcrypt 保持与自身兼容。）

好的，那么它实际上是做什么的？

好吧，看看上下文（或者，更具体地说，cipher-internal.h），很明显这是一个无符号字节c->u_ctr.ctr数组（对于 AES，等于 16 个字节）。上面的代码将其最后一个字节加一，并检查结果是否环绕为零。如果没有，它会停止；如果它确实回绕，则代码然后移动到倒数第二个字节，增加它，检查它是否被包裹，并继续循环，直到它找到一个在增加时不回绕的字节，或者它已经增加所有字节。blocksizeblocksizeblocksize

因此，例如，如果您的原始计数器值是{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}，那么在递增后它将变为{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1}。如果再次递增，它将变为{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2}，然后{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,3}，依此类推，直到{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,255}，之后下一个计数器值将是{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0}（之后是{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1}，{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,2}，{0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,3}，等等）。

当然，这实际上只是在算术上递增一个 ( ×8) 位整数，以大端字节序blocksize存储在内存中。

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