摘要

本文件指定了秘密金鑰塊加密演算法（如DES或Rijndael）的標準API，從而更容易在不同的演算法和實現之間進行切換。

引言

加密演算法以某種依賴於可變金鑰的方式轉換其輸入資料（稱為明文），產生密文。當且僅當知道金鑰時，轉換才能輕鬆逆轉。金鑰是選自某個非常大的可能金鑰空間的一串位。加密演算法分為兩類：塊密碼和流密碼。

塊密碼加密固定大小（通常為8或16位元組長）的多位元組輸入，並可以在各種反饋模式下執行。本規範支援的反饋模式有

這些模式將按照NIST出版物SP 800-38A [1]中的描述實現。前三種反饋模式的描述也可以在Bruce Schneier的著作《應用密碼學》[2]中找到。

（數值4保留給MODE_PGP，這是RFC 2440：“OpenPGP訊息格式”中描述的CFB變體。這種模式不被認為足夠重要，不值得要求所有塊加密密碼都必須支援它，儘管支援它是一個不錯的額外功能。）

從嚴格的正式意義上講，流密碼逐位加密資料；實際上，流密碼逐字元工作。本PEP僅旨在為塊密碼指定介面，儘管流密碼可以透過將“block_size”固定為1來支援此處描述的介面。反饋模式對於流密碼也沒有意義，因此唯一合理的反饋模式將是ECB模式。

規範

加密模組可以在本PEP描述的功能、方法和屬性之外新增其他功能、方法和屬性，但所有本PEP描述的功能都必須存在，模組才能聲稱符合本PEP。

秘密金鑰加密模組應定義一個函式

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

返回一個加密物件，使用字串“key”中包含的秘密金鑰，並使用反饋模式“mode”，該模式必須是上表中列出的常量之一。

如果“mode”是MODE_CBC或MODE_CFB，“IV”必須提供，並且必須是與塊大小相同的字串。不提供“IV”的值將導致引發ValueError異常。

根據演算法，模組可能支援此函式的其他關鍵字引數。本PEP指定了一些關鍵字引數，模組可以自由新增其他關鍵字引數。如果未為給定關鍵字提供值，則應使用安全的預設值。例如，如果演算法的回合數可以在1到16之間選擇，並且1回合加密不安全，8回合加密被認為是安全的，則“rounds”的預設值應為8或更多。（模組實現者也可以選擇一個非常慢但安全的值，例如此示例中的16。此決定留給實現者。）

下表列出了本PEP定義的關鍵字引數

計數器反饋模式需要一系列輸入塊，稱為計數器，用於產生輸出。當“mode”是MODE_CTR時，必須提供“counter”關鍵字引數，其值必須是可呼叫物件，例如函式或方法。對該可呼叫物件的連續呼叫必須返回一系列長度為“block_size”且永不重複的字串。（NIST出版物附錄B提供了一種生成此類序列的方法，但這超出了本PEP的範圍。）

CFB模式對明文和密文的“segment_size”位長的段進行操作。因此，當使用此模式時，輸入和輸出字串的長度必須是“segment_size”位的倍數。“segment_size”必須是介於1和block_size*8（包括兩者）之間的整數。（因子8是因為“block_size”以位元組而不是位為單位測量）。此引數的預設值應為block_size*8。為了簡單起見，允許實現者將“segment_size”限制為8的倍數，但鼓勵他們為了通用性支援任意值。

秘密金鑰加密模組應定義兩個變數

• block_size

  一個整數值；此模組加密的塊的大小，以位元組為單位測量。對於所有反饋模式，傳遞給encrypt()和decrypt()的字串長度必須是塊大小的倍數。

• key_size

  一個整數值；此模組所需的金鑰大小，以位元組為單位測量。如果key_size為None，則演算法接受變長金鑰。這可能意味著模組接受任何隨機長度的金鑰，或者有幾種不同的可能長度，例如16、24或32位元組。不能將長度為0的金鑰（即空字串''）作為變長金鑰傳遞。

密碼物件應具有兩個屬性

• block_size

  一個整數值，等於此物件加密的塊的大小。對於具有可變塊大小的演算法，此值等於為此物件選擇的塊大小。

• IV

  包含將用於啟動密碼反饋模式的初始值；它將始終是一個正好一個塊長度的字串。加密或解密字串後，此值會更新以反映修改後的反饋文字。它是隻讀的，不能賦新值。

密碼物件需要以下方法

• decrypt(string)

  使用物件中依賴於金鑰的資料和適當的反饋模式解密“string”。字串的長度必須是演算法塊大小的精確倍數，或者在CFB模式下是段大小的精確倍數。返回包含明文的字串。

• encrypt(string)

  使用物件中依賴於金鑰的資料和適當的反饋模式加密非空字串。字串的長度必須是演算法塊大小的精確倍數，或者在CFB模式下是段大小的精確倍數。返回包含密文的字串。

下面是一個使用名為“DES”的模組的示例

>>> 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'

參考資料

更改

2002-04：刪除了對流密碼的引用；重新命名PEP；反饋模式常量字首為MODE_；刪除了PGP反饋模式；添加了CTR和OFB反饋模式；澄清了哪裡以位元組為單位測量數字，哪裡以位為單位測量。

2002-09：透過使用“可變長度金鑰”而不是“任意長度”澄清了金鑰長度的討論。

致謝

感謝python-crypto列表的讀者對本PEP的評論。

版權

本文件已置於公共領域。