你所知道的PHP中的公钥加密是错误的

概述

去年，我们的安全团队确认了 CVE-2015-7503漏洞，又名ZF2015-10，这是一个在使用RSA过程中，出现的功能上的漏洞，存在于Zend框架的密码库中。

这个实际漏洞(采用PKCS1v1.5 填充方法的RSA密码“填充预言”漏洞)最初是由Daniel Bleichenbacher在1998年发布出来的。“填充预言”漏洞允许攻击者用一个加密的消息，并多次发送修改过的密文到服务器(每一次得到一个填充错误的标识),根据返回的错误标识，有可能恢复出原始信息。

人们可能希望，任何允许攻击者还原出原始信息的漏洞(“填充预言”已经被发现了超过十六年)，开发者都应该有所了解，并减小漏洞利用的可能性。

很遗憾，当我们审察PHP软件时(包括开源的和专用的)，我们发现，即使在2016年编写的应用层加密协议中，仍然存在这种漏洞，可以通过这种方法去攻击。

我们相信造成这种结果的因素主要有两个方面：

1.大多数开发人员对如何在所有语言中安全的实现公钥加密了解不够。

2.PHP的OpenSSL 扩展在默认配置下是不安全的，但是在实际操作中，没有人会去修改默认配置。

快速解决方案：使用安全的PHP公钥加密库

如果你对这么多的“为什么不安全”不感兴趣，你可以直接看这个:“为你的PHP项目选择一个正确的加密库”。

RSA是如何变坏的

当涉及到应用层加密，使用RSA简直是一个错误。这并不意味着你的应该程序是完全失败的。无论如何，你必须避免很多RSA的实施缺陷(有些是明示的，有些不明显)。让我们看一看一些PHP开发人员可能会遇到的情况。

1.默认安全配置会让每个人都上当

在PHP中，大多数的RSA在实施过程中都会用到下面的两个函数：

openssl_public_encrypt()

openssl_private_encrypt()

来看一个这两个函数的原型，有一个默认配置：

OPENSSL_PKCS1_PADDING 常量告诉OpenSSL 扩展：”我们想用PKCS1填充方法“。但是我们之前已经说过了，采用PKCS1v1.5 填充方法的RSA密码，存在填充预言的弱点，这一点从1998年就已经被公开了。由于攻击者为了恢复明文，可能需要一百万个消息的攻击成本，因此这种攻击更多的被普遍称为 "百万消息攻击"。

解决方案是无论你什么时候使用这两个函数，都需要使用OPENSSL_PKCS1_OAEP_PADDING常量。这个常量会强制用OAEP填充方法代替不安全的PKCS1 V1.5填充方法。

在我们的体会中，实际上没有人这么做(除非在我们团队中有某个人帮它指了出来)：

Zend\Crypt didn't

Sikker (PHP security library) didn't

Pikirasa (PHP cryptography library) didn't

Minds (social network allegedly backed by "Anonymous") didn't

甚至是有经验加密开发人员，在使用RSA加密时，常常都会忘记使用OAEP。

因此，如果你需要强制使用公钥算法(不论作为一个开发者，还是一个渗透测试者)，并且当你们提到RSA算法，还谈论着”2048bit密钥够不够?或者需不需要用4096bit?“时，请先检查你使用的填充方法吧。你很有可能只需要几千条信息就能恢复出明文，从而完全将应用程序的安全性作废。

2.直接使用RSA加密的危险性

如果你已经阅读了前面的内容，并且已经思考过，”那好，如果我仅仅记着使用OAEP，我就可以不受阻碍，直接使用RSA加密任何信息吗?”，没有这么快，你最好不要用RSA加密长信息。

当面对加密长信息时，大多数开发者很聪明：他们会将信息分割成214-byte的信息块(对于2048bit的密钥)，并且对每块分别进行加密，可以简单的将RSA的这种模式称为ECB模式。

如果你这样做，攻击者可能不会去恢复出你的明文，但是正如之前所说过的，RSA很慢，罪犯可能会充分利用这个特点，去发动DDOS攻击，从而很容易的扩大DDOS的影响，并且对RSA发动DDOS攻击，不需要用明显的攻击方法，你可能只需要用复制、重新排序或删除214字节块的方法，而不是创建一个解密错误。

使用混合密码体制

最好的实现公钥密码的方法是建立一个混合的加密体制。结合对称密码和非对称密码。这样做有如下几个好处：

效率高：对称密码加密速度比非对称密码快很多

适用性：对信息长度没有实际限制

安全性：请看来面

1.混合RSA+AES

结合RSA和AES通常很有必要：

(1)用对称密钥，使用对称密码加密消息。

(2)使用公钥密码加密(1)中的对称密钥，从而让只有私钥的一方才可以解密出对称密钥，并使用它。

Zend\Crypt在3.1.0版本以后，就已经支付混合RSA-AES的加密体制了，并采用了EasyRSA库。在Zend框架说明文档中，对它采用的混合加密方案的工作原理理解的很好。

由于现有的AES密钥大小一定，你需要加密的数据只有16、24、或者32byte，这远小于2048bit RSA最大允许的214bytes。实际的数据加密采用的是CBC模式的AES,或者是CTR模式的AES。对于大多数应用程序，这种加密对消息长度没有实践的上限。

2.混合ECDH+Xsalsa20-Poly1305

Libsodium 加密库使用基于椭圆曲线的DH密钥交换算法，代替RSA，用于协商共享密钥，该共享密钥被xsalsa20-poly1305用于消息加密和密文鉴定中。

相关功能为crypto_box()。

当你想用接收者的公钥加密数据时(即发送者无法解密)，Libsodium 的另一功能是对于每条消息，产生一个随机的公私密钥对，并将公钥附在密文后面，名为 crypto_box_seal()。

针对RSA的模数攻击是一个长期的威胁

RSA的安全性基于大数分解的困难性，然而，在不久的将来，这一安全保证会面对两个主要威胁：

1.改进的攻击算法有可能比“通用数域筛法”更快的从公钥中恢复出私钥。对椭圆曲线密码体制没有效果。

2.量子计算机，这货太强大，连椭圆曲线密码体制都能破。

目前认为，一个老练的攻击者，有可能在短短几个月的时间里破解出1024位RSA，但是2048bit RSA仍然是安全的，然而，如果有一种方法能突破2048位RSA，那么这种方法对4096位RSA可能也有效。

如果你打算在2016年将加密技术应用到一个新的应用程序中，有可能突破RSA的那些迫在眉睫眉睫的威胁(真正的问题是，这种突破方法对ECDH或ECDSA是不是适用)绝对应该被考虑。实际上，在未来，你最好考虑不要用RSA、DSA、或者传统的Diffie-Hellman算法。

总结

如果你需要在你的PHP应用中添加公钥加密算法：

1.不要用RSA。我们甚至没有讲到数字签名，它同样也面临着很多尚未解决的复杂问题(细微的伪造攻击，假冒安全证明等等)。

2.你果你必须用RSA，不要直接用RSA。最好使用混合的加密体制，结合RSA和下面的一个：

AES-256-GCM

AES-256-CTR + HMAC-SHA256 (in an Encrypt then MAC construction)

3.确保你用了OAEP，而不是PKCS1 V1.5填充。否则，这肯定是一个漏洞。

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