2017年5月12日 星期五

Delphi 快速使用 AES 加密的方法

從 1994 年開始,筆者就開始接觸加密與網路安全的世界,從魯立忠老師的指導當中獲益良多,後來在元智就讀研究所的時候,也以此為研究主題。

在當時,電子商務是顯學,Visa跟 Master Card還特別為了網路交易製作了厚厚三大本的商務通訊協定,命名為SET (Secure Electronic Transaction,安全電子交易),從客戶端、商店端、銀行端定義了綿綿密密的交易規範。

然而,網際網路的世界跟 Visa Master Card所熟悉的專用網路世界差的遠了,不是大狗們(Big dogs)說了算,很快的 SSL 128 被吹捧成『最安全的交易保護機制』,每年透過這『最安全的交易保護機制』成交的金額越攀越高。

破解網路而得逞的網路詐欺,始終維持在一個很低的比例,反而從商家端流出的詐欺資料年年創新高,SET也很快的成為一個歷史名詞。

但是,SET所本的一些加密基礎,並沒有就此被埋沒。X.509電子憑證、RC4, RC5, DES, 3-DES, RSA, SHA-1, SHA256, SHA-2, 還有我們這次要介紹的AES,也不斷的推陳出新,在世界上蓬勃發展。這些聽了令人打呵欠的主題跟名詞,在很多地方都會被用上,只是用了不同的面貌呈現給使用者而已。

像是在自然人憑證、健保卡裡面,都有個人電子憑證(X.509),每年五月我們都可以用這兩種憑證進行網路報稅。

或是像電子發票,當中就需要用到 AES 加密,依據財政部的『紙本電子發票二維條碼內容規範』第五頁所述:


左方二維條碼裡面,就需要用到 AES 對發票字軌10碼及隨機碼4碼以字串方式合併後使用AES加密,並採用Base64編碼轉換。

但是,在Delphi裡面好像沒有可以直接使用AES加密的單元可以使用。筆者在碩士論文的程式撰寫時,使用的是OpenSSL 0.4的函式庫,當時還叫做SSLeay呢。但是,這作法只能在Windows 平台上面順順的用,有沒有什麼方法可以讓我們在不同的作業系統下都能順利使用 AES 呢?

經過約莫兩三個小時上窮碧落下黃泉的搜尋,找到了一個在 SourceForge 上面的加密範例程式,更棒的是,它是用 Delphi + FireMonkey 寫的,不使用 DLL,而是使用純粹的Pascal 寫的 (感謝 Eldos 的 OpenSource, 但直接到 Eldos 網站的連結目前已經找不到了)。

換句話說,這是一個跨平台都可以正常運作的 Delphi 程式,不用依靠載入的 DLL 或 Lib,用這個範例來製作電子發票的驗證加密字串,就能夠很方便的達成了。

Source Forge 的範例程式可以從這個連結下載,下載之後,請看到裡面的範例專案『FlyUtilsAESCBC.dproj』,這個範例程式中,支援用字串作為AES加密金鑰(Key)對文字進行加解密,執行起來的畫面也很清楚,筆者做了一點點修改,修改後的執行畫面如下圖所示:
 

左圖是未執行加密作業前的畫面,右圖則是執行了加密作業之後的畫面。原始的範例程式中,只支援完整的字串作為 AES 金鑰,但我們常會用到二進位資訊來做金鑰,這種情形下,金鑰通常也會經過Base64編碼過。

所以筆者稍微改寫了一個function,新增了一個按鈕,就是畫面最底下的『AES加密with Byte Key』這個按鈕的event handler。

如果點選按鈕是 AES加密,則Key裡面的字串不會被做任何處理,直接會被當成AES金鑰,點選的如果是最底下的『AES加密with Byte Key』,則Key裡面的字串會先被做Base64 解碼,變成二進位資訊,AES金鑰就是這些二進位資訊了。

procedure TFormMain.Button1Click(Sender: TObject);
var
  KeyBit: TKeyBit;
  APaddingMode: TPaddingMode;
begin
   KeyBit := TKeyBit.kb256;
   APaddingMode := TPaddingMode.pmZeroPadding;
   Memo2.text := AESEncryptStrToBase64_Base64Key(Memo1.Text, Edit1.text, TEncoding.UTF8, KeyBit, '', APaddingMode, CheckBoxCBC.IsChecked,
      rlCRLF, rlCRLF, Process);
end;

這兒的 AESEncryptStrToBase64_Base64Key 是筆者照著原本 Eldos 的程式做了一點小手腳,方便大家把電子發票平台取得的金鑰直接貼上來就能用:
function AESEncryptStrToBase64_Base64Key(Value, Key: string; StrEncoding: TEncoding = nil;
  KeyBit: TKeyBit = kb128;
  InitVectorStr: string = '';
  APaddingMode: TPaddingMode = TPaddingMode.pmPKCS5or7RandomPadding; CBCMode: Boolean = True;
  ValueCRLFMode: TCRLFMode = rlCRLF;
  KeyCRLFMode: TCRLFMode = rlCRLF;
  OnProcessProc: TOnProcessProc = nil; ProcessProc: TProcessProc = nil): string;
var
   tStrm : TBytesStream;
   keyBytes: TBytes;
   IVBytes: TBytes;
   IdDecoderMIME1 : TIdDecoderMIME;
begin
   tStrm := TBytesStream.create;
   IdDecoderMIME1 := TIdDecoderMIME.Create(nil);
   try
      IdDecoderMIME1.DecodeBegin(tStrm);
      IdDecoderMIME1.Decode(Key);
      IdDecoderMIME1.DecodeEnd;

      keyBytes := tStrm.Bytes;
   finally
       tStrm.Free;
   end;

   tStrm := TBytesStream.create;
   try
      IdDecoderMIME1.DecodeBegin(tStrm);
      IdDecoderMIME1.Decode(InitVectorStr);
      IdDecoderMIME1.DecodeEnd;

      IVBytes := tStrm.Bytes;
   finally
       tStrm.Free;
   end;
   IdDecoderMIME1.Free;

  Result := EncodeBase64Bytes(AESEncryptStr_BytesKey(Value, keyBytes, IVBytes, TEncoding.UTF8, KeyBit, APaddingMode, CBCMode, ValueCRLFMode,
    KeyCRLFMode, OnProcessProc, ProcessProc));
end;

單獨使用這個 function 的話,ProcessProc 參數可以給 nil, 這是用來讓大家看到有進度列可以顯示處理進度用的,通常這些處理是在背景進行,沒有介面的時候直接給個 nil, 就可以不用管進度條了。

大家可以看到,上面的程式碼裡面,筆者使用了Indy的 Base64解碼元件『IdDecoderMIME』,因為一來它是原本 Delphi 安裝就內建的,使用上比較方便,二來筆者也熟悉這套元件,所以不另外找其他元件了。

AES 裡面除了 Key 之外,還可以指定 IV (initialization vector), 如果使用上需要使用二進位的 IV, 您可以把二進位的 IV 先做好 Base64 編碼,這個 function 也會將它先做 Base64 解碼之後,作為 IV 進行處理的。

寫到這裡,說明的差不多了,範例程式專案我也準備好了,有興趣的讀者請自行取用吧。範例在此



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