2. Symmetric Cryptography

2.1加解密步骤

其中<Alg>指具体的密码算法，<Mode>指ECB、CBC、OFB、CFB、CTR模式。

执行步骤：

步骤1. 获取ctx大小：ipps<Alg>GetSize(int* pSize)；其中<Alg>指具体的密码算法。

步骤2. 内存分配：pCtx = malloc(Size)，分配Size字节内存给密码算法的pCtx；

步骤3. 初始化（密钥扩展）：ipps<Alg>Init，需指定密钥。

步骤4. 加解密：调用ipps<Alg>Encrypt<Mode>或者ipps<Alg>Decrypt<Mode>，这里要设定IV，且IV在执行后会变化。

步骤5. 反初始化（数据清除）：调用ipps<Alg>Init，但让key置为NULL。

步骤6. 内存释放：free(pCtx)。

注：

1. 还有个ipps<Alg>SetKey用于重新设定密钥，功能与ipps<Alg>Init类似；两者差异未知，猜测可能Init涉及一些别的特殊操作。

2.2 支持的密码算法和工作模式

表X 支持的密码算法和工作模式

模式算法

AES

TDES/DES

SM4

ARCFour

ECB

Y

Y

Y

RC4为流密码

CBC

Y

Y

Y

CFB

Y

Y

Y

OFB

Y

Y

Y

CTR

Y

Y

Y

CCM

Y

X

Y（2018版）

GCM

Y

X

X

XTS

Y

X

X

SIV

Y

X

X

补充说明

  1. TDES = DES加密(K1) → DES解密(K2) → DES加密(K1) 。
  2. ARCFour即RC4算法。
  3. CCM、GCM、SIV为认证加密模式；XTS为磁盘加密模式。

2.3 函数说明

2.3.1 获取上下文大小GetSize

IppStatus ippsAESGetSize(int* pSize);

IppStatus ippsDESGetSize(int* pSize);

IppStatus ippsSMS4GetSize(int* pSize);

IppStatus ippsARCFourGetSize(int* pSize);

参数说明

  1. pSize：OUT，CTX大小，单位字节。

2.3.2 初始化和反初始化Init

IppStatus ippsAESInit(const Ipp8u* pKey, int keylen, IppsAESSpec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsDESInit(const Ipp8u* pKey, IppsDESSpec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4Init(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsSMS4Spec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsARCFourInit(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsARCFourState* pCtx);

参数说明

  1. pKey：IN，密钥。
  2. keyLen：IN，密钥字节长度。
  3. pCtx：OUT，密码算法上下文。
  4. ctxSize：IN，CTX大小，单位字节。

补充说明

  1. SM4的密钥长度必须是16。RC4密钥长度为1—256字节。
  2. 将pKey设置为NULL则执行反初始化。
  3. TDES需要对三个密钥各执行ippsDESInit以初始化三个IppsDESSpec*。

2.3.3 重置密钥SetKey

仅AES和SM4有重置密钥函数

IppStatus ippsAESSetKey(const Ipp8u* pKey, int keylen, IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4SetKey(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsSMS4Spec* pCtx);

参数说明

  1. pKey：IN，密钥。
  2. keyLen：IN，密钥字节长度。
  3. pCtx：OUT，密码算法上下文。

补充说明

  1. pCtx必须是已经Init了的才能调用此函数。

2.3.4 上下文导入导出Pack/Unpack

SM4无上下文导入导出。

IppStatus ippsAESPack (const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pBuffer, int bufSize);

IppStatus ippsAESUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsAESSpec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsDESPack (const IppsDESSpec* pCtx, Ipp8u* pBuffer);

IppStatus ippsDESUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsDESSpec* pCtx);

IppStatus ippsARCFourPack (const IppsARCFourState* pCtx, Ipp8u* pBuffer);

IppStatus ippsARCFourUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsARCFourState* pCtx);

参数说明

（A）导出/Pack时

  1. pCtx：IN，上下文。
  2. pBuffer：OUT，导出缓冲区。
  3. bufSize：IN，有的函数无。

（B）导入/Unpack时

  1. pBuffer：IN，导入缓冲区。
  2. pCtx：OUT，上下文。
  3. ctxSize：IN，上下文。

备注：

  1. 无论缓冲区pBuffer字节大小还是上下文pCtx字节大小，都调用ipps***GetSize获得。
  2. SM4无上下文导入导出。
  3. AES有bufSize和ctxSize是因为AES的密钥有三种长度，使得其buf和ctx不定长。

2.3.5 AES加解密

IppStatus ippsAESEncryptECB(       const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsAESDecryptECB(        const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsAESEncryptCBC(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCFB(        const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen, int cfbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u *pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCFB( const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u*pIV);

IppStatus ippsAESEncryptOFB (      const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptOFB (       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCTR(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen,const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue , int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsAESDecryptCTR(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen,const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue, int ctrNumBitSize);

以下是在2018版中发现的新增接口，CBC的CS模式，2017版无。

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

表X 参数列表

AES

pSrc

pDst

srcLen

pCtx

pIV

其它

ECB

Y

Y

Y

Y

—

—

CBC

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC_CS1

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC_CS2

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC_CS3

Y

Y

Y

Y

Y

—

CFB

Y

Y

Y

Y

Y

cfbBlkSize

OFB

Y

Y

Y

Y

Y

ofbBlkSize

CTR

Y

Y

Y

Y

—

pCtrValue

ctrNumBitSize

参数说明

  1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
  2. srclen：IN，Src的字节长度。
  3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
  4. pCtx：IO，密码算法上下文。
  5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
  6. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
  7. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
  8. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注1：CBC_CS采用密文偷取技术，使得数据多次加密时使用不便。因此，建议这种模式下一次性输入完毕明文/密文。

备注2：srcLen长度说明。

表X srcLen说明

AES

srcLen

ECB

16 | srcLen

CBC

16 | srcLen

CFB

cfbBlkSize | srcLen

OFB

ofbBlkSize | srcLen

CTR

任意长度。

但非最后一次调用时都要求16 | srcLen

CTR中srcLen长度的进一步说明

若srcLen不是16的整数倍，则生成的多余的密钥流会被丢弃。下次再送入数据时，会用新的CTR值加密作为密钥流。

例如，第1次送入33字节，第二次再送入31字节。第一次生成48字节密钥流，前33字节密钥流用于加密，后15字节密钥流丢弃；第二次重新产生32字节，前31字节密钥流用于加密，后1字节密钥流丢弃。这样一来，由于第一次加密时丢弃了15字节密钥流，就导致了其加密结果和我们期望的结果不一致。

2.3.6 AES其它模式

AES加密认证涉及CCM、GCM、SIV，详情参见官方文档。本文档略。

AES磁盘加密涉及XTS模式，详情参见官方文档。本文档略。

2.3.7 TDES加解密

IppStatus ippsTDESEncryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptCBC(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptCBC(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptCFB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptCFB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsTDESDecryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsTDESEncryptCTR(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3,Ipp8u *pCtrValue, int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsTDESDecryptCTR(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srcLen,const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u *pCtrValue, int ctrNumBitSize);

表X 参数列表

TDES

pSrc

pDst

srcLen

pCtx1-3

pIV

padding

其它

ECB

Y

Y

Y

Y

—

Y

—

CBC

Y

Y

Y

Y

Y

Y

—

CFB

Y

Y

Y

Y

Y

Y

cfbBlkSize

OFB

Y

Y

Y

Y

Y

—

ofbBlkSize

CTR

Y

Y

Y

Y

—

—

pCtrValue

ctrNumBitSize

参数说明

  1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
  2. srclen：IN，Src的字节长度。
  3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
  4. pCtx1，pCtx2，pCtx3：IO，密码算法上下文，三个密钥对应三个上下文。
  5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
  6. padding：IN，目前好像只支持IppsPaddingNONE（不填充）。具体待查。
  7. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
  8. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
  9. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注：

  1. padding：具体待查。

2.3.8 SM4加解密

IppStatus ippsSMS4EncryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4DecryptECB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4EncryptCBC(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptCBC(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptCFB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int cfbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u *pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptCFB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int cfbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int ofbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int ofbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptCTR(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue , int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsSMS4DecryptCTR(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec * pCtx, Ipp8u* pCtrValue, int ctrNumBitSize);

以下是在2018版中发现的新增接口，CBC的CS模式，2017版无。

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

表X 参数列表

SM4

pSrc

pDst

srcLen

pCtx

pIV

其它

ECB

Y

Y

Y

Y

—

—

CBC

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC-CS1

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC-CS2

Y

Y

Y

Y

Y

—

CBC-CS3

Y

Y

Y

Y

Y

—

CFB

Y

Y

Y

Y

Y

cfbBlkSize

OFB

Y

Y

Y

Y

Y

ofbBlkSize

CTR

Y

Y

Y

Y

—

pCtrValue

ctrNumBitSize

参数说明

  1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
  2. srclen：IN，Src的字节长度。
  3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
  4. pCtx：IO，密码算法上下文。
  5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
  6. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
  7. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
  8. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注1：CBC_CS采用密文偷取技术，使得数据多次加密时使用不便。因此，建议这种模式下一次性输入完毕明文/密文。

备注2：srcLen长度说明。

表X srcLen说明

AES

srcLen

ECB

16 | srcLen

CBC

16 | srcLen

CFB

cfbBlkSize | srcLen

OFB

ofbBlkSize | srcLen

CTR

任意长度。

但非最后一次调用时都要求16 | srcLen

CTR中srcLen长度的进一步说明

若srcLen不是16的整数倍，则生成的多余的密钥流会被丢弃。下次再送入数据时，会用新的CTR值加密作为密钥流。

例如，第1次送入33字节，第二次再送入31字节。第一次生成48字节密钥流，前33字节密钥流用于加密，后15字节密钥流丢弃；第二次重新产生32字节，前31字节密钥流用于加密，后1字节密钥流丢弃。这样一来，由于第一次加密时丢弃了15字节密钥流，就导致了其加密结果和我们期望的结果不一致。

2.3.8 SM4-CCM加解认证

在2018版中发现有SM4-CCM，但是SM4执行CCM的可能性较低，所以本部分略。

2.3.9 ARCFour加解密

ARCFour即RC4流密码。本部分略。

2.4 示例代码

2.4.1 AES示例代码

#include “ippcp.h”

// use of the CTR mode

int AES_sample(void)

{

// secret key

Ipp8u key[] = "\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07"

"\x08\x09\x10\x11\x12\x13\x14\x15";

// define and setup AES cipher

int ctxSize;

ippsAESGetSize(&ctxSize);

IppsAESSpec* pAES = (IppsAESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

ippsAESInit(key, sizeof(key)-1, pAES, ctxSize);

// message to be encrypted

Ipp8u msg[] = "the quick brown fox jumps over the lazy dog";

// and initial counter

Ipp8u ctr0[] = "\xff\xee\xdd\xcc\xbb\xaa\x99\x88"

"\x77\x66\x55\x44\x33\x22\x11\x00";

// counter

Ipp8u ctr[16];

// init counter before encryption

memcpy(ctr, ctr0, sizeof(ctr));

// encrypted message

Ipp8u ctext[sizeof(msg)];

// encryption

ippsAESEncryptCTR(msg, ctext, sizeof(msg), pAES, ctr, 64);

// init counter before decryption

memcpy(ctr, ctr0, sizeof(ctr));

// decrypted message

Ipp8u rtext[sizeof(ctext)];

// decryption

ippsAESDecryptCTR(ctext, rtext, sizeof(ctext), pAES, ctr, 64);

// remove secret and release resource

ippsAESInit(0, sizeof(key)-1, pAES, ctxSize);

delete [] (Ipp8u*)pAES;

int error = memcmp(rtext, msg, sizeof(msg));

return 0==error;

}

2.4.2 TDES示例代码

// Use of the ECB mode

void TDES_sample(void){

// size of the TDES algorithm block is equal to 8

const int tdesBlkSize = 8;

// get size of the context needed for the encryption/decryption operation

int ctxSize;

ippsDESGetSize(&ctxSize);

// and allocate one

IppsDESSpec* pCtx1 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

IppsDESSpec* pCtx2 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

IppsDESSpec* pCtx3 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

// define the key

Ipp8u key1[] = {0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08};

Ipp8u key2[] = {0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18};

Ipp8u key3[] = {0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28};

Ipp8u keyX[] = {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};

// and prepare the context for the TDES usage

ippsDESInit(key1, pCtx1);

ippsDESInit(key2, pCtx2);

ippsDESInit(key3, pCtx3);

// define the message to be encrypted

Ipp8u ptext[] = {"the quick brown fox jumps over the lazy dog"};

// allocate enough memory for the ciphertext

// note that

// the size of ciphertext is always a multiple of the cipher block size

Ipp8u ctext[(sizeof(ptext)+desBlkSize-1) &~(desBlkSize-1)];

// encrypt (ECB mode) ptext message

// pay attention to the 'length' parameter

// it defines the number of bytes to be encrypted

ippsTDESEncryptECB(ptext, ctext, sizeof(ctext), pCtx1, pCtx2, pCtx3, IppsCPPaddingNONE);

// allocate memory for the decrypted message

Ipp8u rtext[sizeof(ctext)];

// decrypt (ECB mode) ctext message

// pay attention to the 'length' parameter

// it defines the number of bytes to be decrypted

ippsTDESDecryptECB(ctext, rtext, sizeof(ctext), pCtx1, pCtx2, pCtx3, IppsCPPaddingNONE);

// remove actual secret from contexts

ippsDESInit(keyX, pCtx1);

ippsDESInit(keyX, pCtx2);

ippsDESInit(keyX, pCtx3);

// release resources

delete (Ipp8u*)pCtx1;

delete (Ipp8u*)pCtx2;

delete (Ipp8u*)pCtx3;

}

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