Для большинства случаев шифрования файлов мы рекомендуем использовать примитив Streaming AEAD с типом ключа AES128_GCM_HKDF_1MB.
Примитив Streaming Authenticated Encryption with Associated Data (Streaming AEAD) используется для шифрования потоковых данных или больших файлов, которые не помещаются в памяти. Как и AEAD, это симметричный алгоритм, в котором для шифрования и расшифровки используется один и тот же ключ.
В следующих примерах показано, как начать использовать примитив Streaming AEAD.
Проложить маршрут
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 }
Java
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)
Потоковое AEAD-шифрование
Примитив Streaming AEAD обеспечивает аутентифицированное шифрование для потоковой передачи данных. Это полезно, когда данных слишком много, чтобы зашифровать их за один шаг. Типичные примеры использования включают шифрование больших файлов или потоков данных в реальном времени.
Шифрование выполняется по сегментам, которые привязаны к своему местоположению в зашифрованном тексте и не могут быть удалены или переупорядочены. Сегменты из одного зашифрованного текста нельзя вставить в другой. Чтобы изменить существующий зашифрованный текст, необходимо повторно зашифровать весь поток данных.1
Расшифровка выполняется быстро, поскольку за один раз расшифровывается и аутентифицируется только часть зашифрованного текста. Частичные простые тексты можно получить без обработки всего зашифрованного текста.
Реализации Streaming AEAD соответствуют определению AEAD и безопасны в отношении nOAE. Они обладают следующими свойствами:
- Secrecy О простом тексте ничего не известно, кроме его длины.
- Подлинность. Невозможно изменить зашифрованный текст, не оставив следов.
- Симметричное. Для шифрования и расшифровки используется один и тот же ключ.
- Рандомизация. Шифрование выполняется случайным образом. Два сообщения с одинаковым простым текстом дают разные зашифрованные тексты. Злоумышленники не могут узнать, какой зашифрованный текст соответствует заданному простому тексту.
Связанные данные
Примитив Streaming AEAD можно использовать, чтобы связать зашифрованный текст с определенными связанными данными. Предположим, у вас есть база данных с полями user-id и encrypted-medical-history. В этом случае user-id можно использовать в качестве связанных данных при шифровании encrypted-medical-history. Это не позволяет злоумышленнику перенести историю болезни от одного пользователя к другому.
Выберите тип ключа
Для большинства случаев мы рекомендуем использовать AES128_GCM_HKDF_1MB. В целом:
- AES-GCM-HKDF
- AES128_GCM_HKDF_1MB (или AES256_GCM_HKDF_1MB) – более быстрый вариант. Он может зашифровать 264 файлов размером до 264 байт каждый. В процессе шифрования и расшифровки используется около 1 МБ памяти.
- AES128_GCM_HKDF_4KB потребляет около 4 КБ памяти и подходит для систем с небольшим объемом памяти.
- AES-CTR HMAC
- AES128_CTR_HMAC_SHA256_1MB (или AES256_CTR_HMAC_SHA256_1MB) – более консервативный вариант.
Гарантии безопасности
Реализации Streaming AEAD предлагают:
- CCA2 security.
- Надежность аутентификации не менее 80 бит.
- Возможность зашифровать не менее 264 сообщений3 общим объемом 251 байт2 . Вероятность успешной атаки с использованием до 232 выбранных открытых или зашифрованных текстов не превышает 2-32.
-
Это ограничение связано с использованием шифра AES-GCM. Шифрование другого сегмента открытого текста в том же месте эквивалентно повторному использованию вектора инициализации, что нарушает гарантии безопасности AES-GCM. Кроме того, это позволяет предотвратить атаки с откатом, когда злоумышленник пытается незаметно восстановить предыдущую версию файла. ↩
-
Поддерживается 232 сегментов, каждый из которых содержит
segment_size - tag_sizeбайт обычного текста. Для сегментов размером 1 МБ общий размер открытого текста составляет 232 * (220-16) ~= 251 байт. ↩ -
Потоковый AEAD становится небезопасным, когда повторяется комбинация производного ключа (128-битного) и префикса одноразового номера (независимого случайного 7-байтового значения). Устойчивость к коллизиям составляет 184 бита, что примерно соответствует 264 сообщениям, если вероятность успеха должна быть меньше 2-32. ↩