PHP 加密解密工具類：authcode 經典算法解析與現代替代方案

PHP 加密解密工具類深度解析

Discuz! 經典的 authcode 函數曾廣泛用於 PHP 專案的 Token 生成、API 簽名、Session 加密等場景。雖然其設計巧妙，但基於自定義流加密算法，不符合現代密碼學最佳實踐。本文深度解析其原理、安全隱患，並提供基於 OpenSSL AES-GCM 的現代替代方案。

authcode 算法原理解析

核心流程：

1. 金鑰派生：$key = md5($key) → 分為 $keya、$keyb（各 16 字節），$keyc（動態 4 字節，解密時從密文首部取得，加密時從 md5(microtime()) 取得）。
2. 加密金鑰構建：$cryptkey = $keya . md5($keya . $keyc)（32 字節）。
3. 明文預處理：加密時前綴 10 位時間戳（過期檢查）+ 16 位雜湊驗證碼（md5($plaintext . $keyb) 前 16 位）+ 明文。
4. RC4 風格流加密：基於 $cryptkey 初始化 256 字節 S-box，進行異或加密。
5. 輸出：$keyc . base64_encode($ciphertext)。

安全隱患與不建議繼續使用的原因

現代替代方案：AES-256-GCM 認證加密

採用 openssl_encrypt 搭配 GCM 模式，同時提供機密性與完整性（AEAD）。

<?php

namespace Security;

use RuntimeException;
use InvalidArgumentException;

class ModernCrypto
{
    private const CIPHER = 'aes-256-gcm';
    private const KEY_BYTES = 32;
    private const IV_BYTES = 12;  // GCM 建議 96 位元組 IV
    private const TAG_BYTES = 16; // 認證標籤長度

    private string $key;

    public function __construct(string $masterKey)
    {
        // 使用 HKDF-SHA256 派生金鑰，支援任意長度主金鑰
        $this->key = $this->hkdf($masterKey, self::KEY_BYTES, 'auth-token-v1');
    }

    /**
     * 加密並認證
     * @param string $plaintext
     * @param string|null $associatedData 額外認證資料（AAD），如用戶 ID、請求路徑
     * @return string Base64 編碼：IV(12) + Ciphertext + Tag(16)
     */
    public function encrypt(string $plaintext, ?string $associatedData = null): string
    {
        $iv = random_bytes(self::IV_BYTES);
        
        $ciphertext = openssl_encrypt(
            $plaintext,
            self::CIPHER,
            $this->key,
            OPENSSL_RAW_DATA,
            $iv,
            $tag,
            $associatedData ?? '',
            self::TAG_BYTES
        );

        if ($ciphertext === false) {
            throw new RuntimeException('加密失敗: ' . openssl_error_string());
        }

        // 組合：IV + Ciphertext + Tag
        return base64_encode($iv . $ciphertext . $tag);
    }

    /**
     * 解密並驗證
     * @throws InvalidArgumentException 格式錯誤或認證失敗（密文被竄改）
     */
    public function decrypt(string $payload, ?string $associatedData = null): string
    {
        $data = base64_decode($payload, true);
        if ($data === false) {
            throw new InvalidArgumentException('無效的 Base64 編碼');
        }

        $minLen = self::IV_BYTES + self::TAG_BYTES;
        if (strlen($data) < $minLen) {
            throw new InvalidArgumentException('密文長度不足');
        }

        $iv = substr($data, 0, self::IV_BYTES);
        $tag = substr($data, -self::TAG_BYTES);
        $ciphertext = substr($data, self::IV_BYTES, -self::TAG_BYTES);

        $plaintext = openssl_decrypt(
            $ciphertext,
            self::CIPHER,
            $this->key,
            OPENSSL_RAW_DATA,
            $iv,
            $tag,
            $associatedData ?? ''
        );

        if ($plaintext === false) {
            throw new InvalidArgumentException('解密失敗：認證標籤驗證不通過（資料可能已損壞或金鑰錯誤）');
        }

        return $plaintext;
    }

    /**
     * HKDF-SHA256 金鑰派生
     */
    private function hkdf(string $ikm, int $length, string $info = ''): string
    {
        // PHP 7.1+ 可用 hash_hkdf()
        if (function_exists('hash_hkdf')) {
            return hash_hkdf('sha256', $ikm, $length, $info, '');
        }
        // 相容實作（RFC 5869）
        $salt = str_repeat("\0", 32);
        $prk = hash_hmac('sha256', $ikm, $salt, true);
        $t = '';
        $output = '';
        $counter = 1;
        while (strlen($output) < $length) {
            $t = hash_hmac('sha256', $t . $info . chr($counter), $prk, true);
            $output .= $t;
            $counter++;
        }
        return substr($output, 0, $length);
    }
}

// 使用範例
$crypto = new ModernCrypto('master-secret-key-from-env-or-kms');

$tokenData = json_encode([
    'uid' => 12345,
    'role' => 'admin',
    'exp' => time() + 3600,
]);

// 加密：綁定用戶 ID 作為 AAD，防止 Token 被盜用於其他用戶
$encrypted = $crypto->encrypt($tokenData, 'uid:12345');
echo "Token: {$encrypted}\n";

// 解密驗證
try {
    $decrypted = $crypto->decrypt($encrypted, 'uid:12345');
    $data = json_decode($decrypted, true);
    echo "用戶: {$data['uid']}, 角色: {$data['role']}\n";
} catch (InvalidArgumentException $e) {
    echo "Token 無效: {$e->getMessage()}\n";
}
?>

遷移指南：從 authcode 升級

1. 雙寫期：新舊系統並行，新增資料用 AES-GCM，舊資料保留 authcode 解密入口。
2. 資料遷移：批次解密舊密文，重新用 AES-GCM 加密存回。
3. 下線舊代碼：確認無舊格式密文後移除 authcode 相關代碼。

適用場景對照表

結語

authcode 是 PHP 早期生態的產物，以巧妙方式在無 OpenSSL 環境下實現了可用的加密。但在現代 PHP（7.1+）環境下，絕不應在新專案使用自定義加密算法。AES-GCM 提供經標準化驗證的認證加密，配合 HKDF 金鑰派生與 AAD 綁定上下文，是當前的最佳實踐。本文提供的 ModernCrypto 類可直接用於生產環境，並作為安全架構的基石。