می‌خواهم فایل‌های بزرگ یا جریان‌های داده را رمزگذاری کنم

برای اکثر موارد استفاده از رمزگذاری فایل، ابتدایی AEAD جاری‌سازی را با نوع کلید AES128_GCM_HKDF_1MB توصیه می‌کنیم.

ابتدایی «رمزگذاری اصالت‌سنجی‌شده جاری‌سازی با داده‌های مرتبط» (Streaming AEAD) برای رمزگذاری جاری‌سازی‌های داده زنده یا فایل‌های بزرگی که در حافظه جا نمی‌شوند مفید است. مشابه AEAD، این روش متقارن است و از یک کلید واحد برای هر دو رمزگذاری و رمزگشایی استفاده می‌کند.

مثال‌های زیر به شما کمک می‌کند تا استفاده از AEAD جاری‌سازی را شروع کنید:

رفتن

import (
	"bytes"
	"fmt"
	"io"
	"log"
	"os"
	"path/filepath"

	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/insecurecleartextkeyset"
	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/keyset"
	"github.com/tink-crypto/tink-go/v2/streamingaead"
)

func Example() {
	// A keyset created with "tinkey create-keyset --key-template=AES256_CTR_HMAC_SHA256_1MB". Note
	// that this keyset has the secret key information in cleartext.
	jsonKeyset := `{
    "primaryKeyId": 1720777699,
    "key": [{
        "keyData": {
            "typeUrl": "type.googleapis.com/google.crypto.tink.AesCtrHmacStreamingKey",
            "keyMaterialType": "SYMMETRIC",
            "value": "Eg0IgCAQIBgDIgQIAxAgGiDtesd/4gCnQdTrh+AXodwpm2b6BFJkp043n+8mqx0YGw=="
        },
        "outputPrefixType": "RAW",
        "keyId": 1720777699,
        "status": "ENABLED"
    }]
	}`

	// Create a keyset handle from the cleartext keyset in the previous
	// step. The keyset handle provides abstract access to the underlying keyset to
	// limit the exposure of accessing the raw key material.
	//
	// WARNING: In practice, it is unlikely you will want to use an insecurecleartextkeyset,
	// as it implies that your key material is passed in cleartext, which is a security risk.
	// Consider encrypting it with a remote key in Cloud KMS, AWS KMS or HashiCorp Vault.
	// See https://developers.google.com/tink/key-management-overview.
	keysetHandle, err := insecurecleartextkeyset.Read(
		keyset.NewJSONReader(bytes.NewBufferString(jsonKeyset)))
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Retrieve the StreamingAEAD primitive we want to use from the keyset handle.
	primitive, err := streamingaead.New(keysetHandle)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Create a file with the plaintext.
	dir, err := os.MkdirTemp("", "streamingaead")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer os.RemoveAll(dir)
	plaintextPath := filepath.Join(dir, "plaintext")
	if err := os.WriteFile(plaintextPath, []byte("this data needs to be encrypted"), 0666); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	plaintextFile, err := os.Open(plaintextPath)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// associatedData defines the context of the encryption. Here, we include the path of the
	// plaintext file.
	associatedData := []byte("associatedData for " + plaintextPath)

	// Encrypt the plaintext file and write the output to the ciphertext file. In this case the
	// primary key of the keyset will be used (which is also the only key in this example).
	ciphertextPath := filepath.Join(dir, "ciphertext")
	ciphertextFile, err := os.Create(ciphertextPath)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	w, err := primitive.NewEncryptingWriter(ciphertextFile, associatedData)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if _, err := io.Copy(w, plaintextFile); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if err := w.Close(); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if err := ciphertextFile.Close(); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if err := plaintextFile.Close(); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Decrypt the ciphertext file and write the output to the decrypted file. The
	// decryption finds the correct key in the keyset and decrypts the ciphertext.
	// If no key is found or decryption fails, it returns an error.
	ciphertextFile, err = os.Open(ciphertextPath)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	decryptedPath := filepath.Join(dir, "decrypted")
	decryptedFile, err := os.Create(decryptedPath)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	r, err := primitive.NewDecryptingReader(ciphertextFile, associatedData)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if _, err := io.Copy(decryptedFile, r); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if err := decryptedFile.Close(); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	if err := ciphertextFile.Close(); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// Print the content of the decrypted file.
	b, err := os.ReadFile(decryptedPath)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Println(string(b))
	// Output: this data needs to be encrypted
}

جاوا

package streamingaead;

import static java.nio.charset.StandardCharsets.UTF_8;

import com.google.crypto.tink.InsecureSecretKeyAccess;
import com.google.crypto.tink.KeysetHandle;
import com.google.crypto.tink.RegistryConfiguration;
import com.google.crypto.tink.StreamingAead;
import com.google.crypto.tink.TinkJsonProtoKeysetFormat;
import com.google.crypto.tink.streamingaead.StreamingAeadConfig;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;
import java.nio.channels.ReadableByteChannel;
import java.nio.channels.WritableByteChannel;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.nio.file.StandardOpenOption;
import java.security.GeneralSecurityException;

/**
 * A command-line utility for encrypting files with Streaming AEAD.
 *
 * <p>It loads cleartext keys from disk - this is not recommended!
 *
 * <p>It requires the following arguments:
 *
 * <ul>
 *   <li>mode: Can be "encrypt" or "decrypt" to encrypt/decrypt the input to the output.
 *   <li>key-file: Read the key material from this file.
 *   <li>input-file: Read the input from this file.
 *   <li>output-file: Write the result to this file.
 *   <li>[optional] associated-data: Associated data used for the encryption or decryption.
 */
public final class StreamingAeadExample {
  private static final String MODE_ENCRYPT = "encrypt";
  private static final String MODE_DECRYPT = "decrypt";
  private static final int BLOCK_SIZE_IN_BYTES = 8 * 1024;

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    if (args.length != 4 && args.length != 5) {
      System.err.printf("Expected 4 or 5 parameters, got %d\n", args.length);
      System.err.println(
          "Usage: java StreamingAeadExample encrypt/decrypt key-file input-file output-file"
              + " [associated-data]");
      System.exit(1);
    }
    String mode = args[0];
    Path keyFile = Paths.get(args[1]);
    Path inputFile = Paths.get(args[2]);
    Path outputFile = Paths.get(args[3]);
    byte[] associatedData = new byte[0];
    if (args.length == 5) {
      associatedData = args[4].getBytes(UTF_8);
    }

    // Initialize Tink: register all Streaming AEAD key types with the Tink runtime
    StreamingAeadConfig.register();

    // Read the keyset into a KeysetHandle
    KeysetHandle handle =
        TinkJsonProtoKeysetFormat.parseKeyset(
            new String(Files.readAllBytes(keyFile), UTF_8), InsecureSecretKeyAccess.get());

    // Get the primitive
    StreamingAead streamingAead =
        handle.getPrimitive(RegistryConfiguration.get(), StreamingAead.class);

    // Use the primitive to encrypt/decrypt files
    if (mode.equals(MODE_ENCRYPT)) {
      encryptFile(streamingAead, inputFile, outputFile, associatedData);
    } else if (mode.equals(MODE_DECRYPT)) {
      decryptFile(streamingAead, inputFile, outputFile, associatedData);
    } else {
      System.err.println(
          "The first argument must be either "
              + MODE_ENCRYPT
              + " or "
              + MODE_DECRYPT
              + ", got: "
              + mode);
      System.exit(1);
    }
  }

  private static void encryptFile(
      StreamingAead streamingAead, Path inputFile, Path outputFile, byte[] associatedData)
      throws GeneralSecurityException, IOException {
    try (WritableByteChannel encryptingChannel =
            streamingAead.newEncryptingChannel(
                FileChannel.open(outputFile, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE),
                associatedData);
        FileChannel inputChannel = FileChannel.open(inputFile, StandardOpenOption.READ)) {
      ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK_SIZE_IN_BYTES);
      while (true) {
        int read = inputChannel.read(byteBuffer);
        if (read <= 0) {
          return;
        }
        byteBuffer.flip();
        while (byteBuffer.hasRemaining()) {
          encryptingChannel.write(byteBuffer);
        }
        byteBuffer.clear();
      }
    }
  }

  private static void decryptFile(
      StreamingAead streamingAead, Path inputFile, Path outputFile, byte[] associatedData)
      throws GeneralSecurityException, IOException {
    try (ReadableByteChannel decryptingChannel =
            streamingAead.newDecryptingChannel(
                FileChannel.open(inputFile, StandardOpenOption.READ), associatedData);
        FileChannel outputChannel =
            FileChannel.open(outputFile, StandardOpenOption.WRITE, StandardOpenOption.CREATE)) {
      ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(BLOCK_SIZE_IN_BYTES);
      while (true) {
        int read = decryptingChannel.read(byteBuffer);
        if (read <= 0) {
          return;
        }
        byteBuffer.flip();
        while (byteBuffer.hasRemaining()) {
          outputChannel.write(byteBuffer);
        }
        byteBuffer.clear();
      }
    }
  }

  private StreamingAeadExample() {}
}

Python

"""A command-line utility for using streaming AEAD for a file.

It loads cleartext keys from disk - this is not recommended!

It requires 4 arguments (and one optional one):
  mode: either 'encrypt' or 'decrypt'
  keyset_path: name of the file with the keyset to be used for encryption or
    decryption
  input_path: name of the file with the input data to be encrypted or decrypted
  output_path: name of the file to write the ciphertext respectively plaintext
    to
  [optional] associated_data: the associated data used for encryption/decryption
    provided as a string.
"""

from typing import BinaryIO

from absl import app
from absl import flags
from absl import logging
import tink
from tink import secret_key_access
from tink import streaming_aead

FLAGS = flags.FLAGS
BLOCK_SIZE = 1024 * 1024  # The CLI tool will read/write at most 1 MB at once.

flags.DEFINE_enum('mode', None, ['encrypt', 'decrypt'],
                  'Selects if the file should be encrypted or decrypted.')
flags.DEFINE_string('keyset_path', None,
                    'Path to the keyset used for encryption or decryption.')
flags.DEFINE_string('input_path', None, 'Path to the input file.')
flags.DEFINE_string('output_path', None, 'Path to the output file.')
flags.DEFINE_string('associated_data', None,
                    'Associated data used for the encryption or decryption.')


def read_as_blocks(file: BinaryIO):
  """Generator function to read from a file BLOCK_SIZE bytes.

  Args:
    file: The file object to read from.

  Yields:
    Returns up to BLOCK_SIZE bytes from the file.
  """
  while True:
    data = file.read(BLOCK_SIZE)
    # If file was opened in rawIO, EOF is only reached when b'' is returned.
    # pylint: disable=g-explicit-bool-comparison
    if data == b'':
      break
    # pylint: enable=g-explicit-bool-comparison
    yield data


def encrypt_file(input_file: BinaryIO, output_file: BinaryIO,
                 associated_data: bytes,
                 primitive: streaming_aead.StreamingAead):
  """Encrypts a file with the given streaming AEAD primitive.

  Args:
    input_file: File to read from.
    output_file: File to write to.
    associated_data: Associated data provided for the AEAD.
    primitive: The streaming AEAD primitive used for encryption.
  """
  with primitive.new_encrypting_stream(output_file,
                                       associated_data) as enc_stream:
    for data_block in read_as_blocks(input_file):
      enc_stream.write(data_block)


def decrypt_file(input_file: BinaryIO, output_file: BinaryIO,
                 associated_data: bytes,
                 primitive: streaming_aead.StreamingAead):
  """Decrypts a file with the given streaming AEAD primitive.

  This function will cause the program to exit with 1 if the decryption fails.

  Args:
    input_file: File to read from.
    output_file: File to write to.
    associated_data: Associated data provided for the AEAD.
    primitive: The streaming AEAD primitive used for decryption.
  """
  try:
    with primitive.new_decrypting_stream(input_file,
                                         associated_data) as dec_stream:
      for data_block in read_as_blocks(dec_stream):
        output_file.write(data_block)
  except tink.TinkError as e:
    logging.exception('Error decrypting ciphertext: %s', e)
    exit(1)


def main(argv):
  del argv

  associated_data = b'' if not FLAGS.associated_data else bytes(
      FLAGS.associated_data, 'utf-8')

  # Initialise Tink.
  try:
    streaming_aead.register()
  except tink.TinkError as e:
    logging.exception('Error initialising Tink: %s', e)
    return 1

  # Read the keyset into a keyset_handle.
  with open(FLAGS.keyset_path, 'rt') as keyset_file:
    try:
      text = keyset_file.read()
      keyset_handle = tink.json_proto_keyset_format.parse(
          text, secret_key_access.TOKEN
      )
    except tink.TinkError as e:
      logging.exception('Error reading key: %s', e)
      return 1

  # Get the primitive.
  try:
    streaming_aead_primitive = keyset_handle.primitive(
        streaming_aead.StreamingAead)
  except tink.TinkError as e:
    logging.exception('Error creating streaming AEAD primitive from keyset: %s',
                      e)
    return 1

  # Encrypt or decrypt the file.
  with open(FLAGS.input_path, 'rb') as input_file:
    with open(FLAGS.output_path, 'wb') as output_file:
      if FLAGS.mode == 'encrypt':
        encrypt_file(input_file, output_file, associated_data,
                     streaming_aead_primitive)
      elif FLAGS.mode == 'decrypt':
        decrypt_file(input_file, output_file, associated_data,
                     streaming_aead_primitive)


if __name__ == '__main__':
  flags.mark_flag_as_required('mode')
  flags.mark_flag_as_required('keyset_path')
  flags.mark_flag_as_required('input_path')
  flags.mark_flag_as_required('output_path')
  app.run(main)

جاری‌سازی AEAD

‫Streaming AEAD primitive رمزگذاری اصالت‌سنجی‌شده را برای داده‌های جاری‌سازی‌شده ارائه می‌دهد. این روش زمانی مفید است که داده‌هایی که باید رمزگذاری شوند بسیار بزرگ‌تر از آن باشند که در یک مرحله پردازش شوند. موارد استفاده معمول شامل رمزگذاری فایل‌های بزرگ یا جاری‌سازی‌های داده زنده است.

رمزگذاری در بخش‌هایی انجام می‌شود که به مکان آن‌ها در متن رمزی محدود است و نمی‌توان آن‌ها را حذف کرد یا ترتیبشان را تغییر داد. بخش‌های یک متن رمزی را نمی‌توان در متن رمزی دیگری درج کرد. برای اصلاح متن رمزی موجود، کل جریان داده باید دوباره رمزگذاری شود.۱

رمزگشایی سریع است زیرا در هر بار فقط بخشی از متن رمزگذاری‌شده رمزگشایی و اصالت‌سنجی می‌شود. متن‌های ساده جزئی بدون پردازش کل متن رمزی قابل‌دستیابی هستند.

پیاده‌سازی‌های AEAD جاری‌سازی تعریف AEAD را برآورده می‌کنند و دارای امنیت nOAE هستند. این موارد دارای ویژگی‌های زیر هستند:

  • Secrecy: هیچ‌چیز درباره متن ساده مشخص نیست، به‌جز طول آن.
  • اصالت: تغییر متن ساده رمزگذاری‌شده زیربنای متن رمزی بدون شناسایی شدن غیرممکن است.
  • متقارن: رمزگذاری متن ساده و رمزگشایی متن رمزشده با یک کلید انجام می‌شود.
  • تصادفی‌سازی: رمزگذاری تصادفی‌سازی شده است. دو پیام با متن ساده یکسان، متن‌های رمزی متفاوتی تولید می‌کنند. مهاجمان نمی‌توانند بدانند کدام متن رمزی با متن ساده داده‌شده مطابقت دارد.

داده‌های مرتبط

از داده‌های اولیه AEAD جاری‌سازی می‌توان برای مرتبط کردن متن رمزی به داده‌های مرتبط خاص استفاده کرد. فرض کنید پایگاه داده‌ای با فیلدهای user-id و encrypted-medical-history دارید: در این سناریو، user-id می‌تواند به‌عنوان داده‌های مرتبط هنگام رمزگذاری encrypted-medical-history استفاده شود. این کار مانع از آن می‌شود که مهاجم سابقه پزشکی را از کاربری به کاربر دیگر منتقل کند.

انتخاب نوع کلید

برای اکثر موارد استفاده، AES128_GCM_HKDF_1MB را توصیه می‌کنیم. به‌طور کلی:

  • AES-GCM-HKDF
    • AES128_GCM_HKDF_1MB (یا AES256_GCM_HKDF_1MB) گزینه سریع‌تر است. این الگوریتم می‌تواند ‫۲۶۴ فایل را که هرکدام حداکثر ۲۶۴ بایت دارند رمزگذاری کند. درطول فرایند رمزگذاری و رمزگشایی، حدود ۱ مگابایت حافظه مصرف می‌شود.
    • ‫AES128_GCM_HKDF_4KB حدود ۴ کیلوبایت حافظه مصرف می‌کند و اگر سیستم شما حافظه زیادی ندارد، انتخاب خوبی است.
  • AES-CTR HMAC
    • AES128_CTR_HMAC_SHA256_1MB (یا AES256_CTR_HMAC_SHA256_1MB) گزینه محافظه‌کارانه‌تری است.

تضمین‌های امنیتی

پیاده‌سازی‌های AEAD جاری‌سازی این موارد را ارائه می‌دهند:

  • امنیت CCA2.
  • قدرت اصالت‌سنجی حداقل ۸۰ بیتی.
  • توانایی رمزگذاری حداقل 264 پیام3 با مجموع 251 بایت2 . هیچ حمله‌ای با حداکثر ۲۳۲ متن ساده انتخابی یا متن رمز انتخابی احتمال موفقیت بزرگ‌تر از ۲-۳۲ ندارد.

  1. یکی‌از دلایل این محدودیت استفاده از رمز AES-GCM است. رمزگذاری بخش متن ساده متفاوت در همان مکان معادل استفاده مجدد از IV خواهد بود که ضمانت‌های امنیتی AES-GCM را نقض می‌کند. دلیل دیگر این است که این کار از حملات بازگشت به نسخه قبلی جلوگیری می‌کند، که در آن مهاجم ممکن است تلاش کند نسخه قبلی فایل را بدون شناسایی شدن بازیابی کند. ↩

  2. ‫۲۳۲ بخش پشتیبانی می‌شود که هر بخش حاوی segment_size - tag_size بایت متن ساده است. برای بخش‌های ۱ مگابایتی، اندازه کل متن ساده 232 * (220-16) ~= 251 بایت است. ↩

  3. وقتی ترکیب کلید مشتق‌شده (۱۲۸ بیتی) و پیشوند نانس (مقدار ۷ بایتی تصادفی مستقل) تکرار شود، AEAD جاری‌سازی ناامن می‌شود. ما مقاومت دربرابر برخورد ۱۸۴ بیتی داریم که تقریباً به ۲۶۴ پیام ترجمه می‌شود اگر بخواهیم احتمال موفقیت کمتر از ۲-۳۲ باشد. ↩