摘要

本文档指定了用于秘密密钥块加密算法（如 DES 或 Rijndael）的标准 API，从而更轻松地在不同算法和实现之间切换。

引言

加密算法以某种依赖于可变密钥的方式转换其输入数据（称为明文），生成密文。如果且仅当知道密钥时，转换才能轻松地反转。密钥是从某个非常大的可能密钥空间中选择的比特序列。加密算法有两类：块密码和流密码。

块密码加密固定大小的多字节输入（通常为 8 或 16 字节长），并且可以在各种反馈模式下运行。此规范中支持的反馈模式为

这些模式应按照 NIST 出版物 SP 800-38A [1] 中的描述进行实现。前三种反馈模式的描述也可以在布鲁斯·施奈尔（Bruce Schneier）的书籍《应用密码学》[2] 中找到。

（数值 4 保留给 MODE_PGP，这是 RFC 2440：“OpenPGP 消息格式”中描述的 CFB 的变体。这种模式被认为不那么重要，因此不值得要求所有块加密密码都支持它，尽管支持它是一个不错的额外功能。）

从严格的形式意义上讲，流密码逐位加密数据；实际上，流密码以逐字符为基础工作。此 PEP 仅旨在为块密码指定接口，尽管流密码可以通过将“block_size”固定为 1 来支持此处描述的接口。反馈模式对流密码也没有意义，因此唯一合理的反馈模式将是 ECB 模式。

规范

加密模块可以在此 PEP 中描述的功能、方法和属性之外添加其他功能、方法和属性，但要声明模块符合此 PEP，则必须存在 PEP 中描述的所有功能。

秘密密钥加密模块应定义一个函数

new(key, mode, [IV], **kwargs)

返回一个加密对象，使用字符串“key”中包含的密钥，并使用反馈模式“mode”，该模式必须是上述表格中的一个常量。

如果“mode”为 MODE_CBC 或 MODE_CFB，则必须提供“IV”，并且它必须是与块大小相同的长度的字符串。不提供“IV”的值将导致引发ValueError异常。

根据算法的不同，模块可能支持此函数的其他关键字参数。此 PEP 指定了一些关键字参数，并且模块可以自由添加其他关键字参数。如果未为给定关键字提供值，则应使用安全默认值。例如，如果某个算法在 1 到 16 之间具有可选的轮数，并且 1 轮加密不安全，而 8 轮加密被认为是安全的，则“rounds”的默认值应为 8 或更大。（模块实现者也可以选择一个非常慢但安全的值，例如本例中的 16。此决定留给实现者。）

下表列出了此 PEP 定义的关键字参数

计数器反馈模式需要一系列输入块，称为计数器，用于生成输出。当“mode”为 MODE_CTR 时，必须提供“counter”关键字参数，并且其值必须是可调用对象，例如函数或方法。对该可调用对象的连续调用必须返回一系列长度为“block_size”且永不重复的字符串。（NIST 出版物的附录 B 提供了一种生成此类序列的方法，但这超出了本 PEP 的范围。）

CFB 模式对长度为“segment_size”位的明文和密文段进行操作。因此，在使用此模式时，输入和输出字符串的长度必须是“segment_size”位的倍数。“segment_size”必须是 1 到 block_size*8（含）之间的整数。（因子 8 来自“block_size”以字节为单位而不是以位为单位）。此参数的默认值应为 block_size*8。为了简单起见，实现者可以将“segment_size”限制为 8 的倍数，但为了通用性，鼓励他们支持任意值。

秘密密钥加密模块应定义两个变量

• block_size

  整数值；此模块加密的块的大小，以字节为单位。对于所有反馈模式，传递给 encrypt() 和 decrypt() 的字符串的长度必须是块大小的倍数。

• key_size

  整数值；此模块所需的密钥的大小，以字节为单位。如果 key_size 为 None，则算法接受可变长度密钥。这可能意味着模块接受任何随机长度的密钥，或者有几个不同的可能长度，例如 16、24 或 32 字节。您不能将长度为 0 的密钥（即空字符串“”）作为可变长度密钥传递。

密码对象应具有两个属性

• block_size

  整数值，等于此对象加密的块的大小。对于块大小可变的算法，此值等于为此对象选择的块大小。

• IV

  包含将用于启动密码反馈模式的初始值；它始终是一个正好一个块长度的字符串。加密或解密字符串后，此值将更新以反映修改后的反馈文本。它是只读的，不能分配新值。

密码对象需要以下方法

• decrypt(string)

  解密“string”，使用对象中与密钥相关的数据以及适当的反馈模式。字符串的长度必须是算法块大小的精确倍数，或者在 CFB 模式下，是段大小的精确倍数。返回包含明文的字符串。

• encrypt(string)

  加密非空字符串，使用对象中与密钥相关的数据以及适当的反馈模式。字符串的长度必须是算法块大小的精确倍数，或者在 CFB 模式下，是段大小的精确倍数。返回包含密文的字符串。

这是一个示例，使用名为“DES”的模块

>>> import DES
>>> obj = DES.new('abcdefgh', DES.MODE_ECB)
>>> plaintext = "Guido van Rossum is a space alien."
>>> len(plaintext)
34
>>> obj.encrypt(plaintext)
Traceback (innermost last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: Strings for DES must be a multiple of 8 in length
>>> ciphertext = obj.encrypt(plain+'XXXXXX')   # Add padding
>>> ciphertext
'\021,\343Nq\214DY\337T\342pA\372\255\311s\210\363,\300j\330\250\312\347\342I\3215w\03561\303dgb/\006'
>>> obj.decrypt(ciphertext)
'Guido van Rossum is a space alien.XXXXXX'

参考文献

更改

2002-04：删除了对流密码的引用；重新命名 PEP；在反馈模式常量前添加了MODE_；删除了 PGP 反馈模式；添加了 CTR 和 OFB 反馈模式；阐明了数字以字节为单位还是以位为单位。

2002-09：使用“可变长度密钥”代替“任意长度”阐明了密钥长度的讨论。

致谢

感谢 python-crypto 列表的读者对本 PEP 的评论。

版权

本文档已进入公有领域。