关于AES加解密中CBC模式的IV初始化向量的安全性问题

前段时间,在研究HLS的AES加密,由于一个地方电视台的HLS流有AES加密,在查看了相关的加解密方案后发现使用的是简单的AES的CBC模式,在CBC的模式下,会设置一个IV,初始化向量。但是我在解密的时候,使用了一个由于理解错误而产生的一个错误IV居然也能解密视频并进行播放,于是就有了这篇张文章。

AES五种加密模式(CBC、ECB、CTR、OCF、CFB)

虽然有五种加密,但是常用的还是CBC,CBC的全称Cipher Block Chaining ,有点类似于区块链哈,我们先来看下加密方式

CBC加密

上面的图片从左往右看,初始化IV只有在第一个块加密的时候才会用到,而第N个块的加密IV则是用的N-1(N>1)个加密后的二进制数组。

CBC解密

CBC的解密则也是从左往右看,但是加密时IV在解密时候,只会用于对第一个块进行解密,其他块的解密则是使用上一块的加密二进制作为IV进行解密操作。

加密时,用iv和key去加密第一个块,然后用第一个块的加密数据作为下一个块的iv,依次迭代。解密时,用n-1个块的加密数据作为iv和key去解密第n个块(n>1),只有第一个块才会用加密时的iv去解密第一个块。按照这样的逻辑来看,那么如果解密时,使用了iv错误,出问题的数据应该只有第一个块。

通过上面的分析就能知道,加密的时候,iv会影响所有数据的加密结果,而解密时,iv只会影响第一个加密块的解密结果,其他块的解密可以直接通过分隔加密数据获取正确是N-1块的IV。

这也就印证了为什么ff能播放我用错误的iv解密出来的视频流数据,因为第一块的大小存储大概是id3 的数据,ff直接丢掉id3的数据,直接解码后面的视频数据 ,ff 应该是识别h264编码头开始解码视频。

那么从这点可以看出,在使用了key的情况下,IV对整个数据的保密性没有太大的作用。

再来说说我是怎么发现这个问题,因为错误的IV只会影响第一个块的数据,我在第一次尝试解密后,直接用ff进行播放,ff能够解码并且播放成功,但是相对于其他未加密的HLS流来说,播放我解密后的数据会有3-5s的延时,这让我很是头疼,后来我就通过ffplay -v trace 打印播放解密的日志,发现视频数据的id3信息丢失了,那么出问题出在第一个块。然后再次研究m3u8加解密IV的赋值方法,后发来经过多次试验,正确赋值IV,解密出来的数据能够及时播放。再后来,就出现了这篇文章的来由。

由此带来的延展,针对iv在CBC模式下的弱用,AES提供了更多的模式可供选择,详细的可以到wiki上了解。

https://en.wikipedia.org/wiki/Block_cipher_mode_of_operation

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