AWS Encryption SDK 消息格式参考 - AWS Encryption SDK
标头结构正文结构脚注结构

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AWS Encryption SDK 消息格式参考

本页面提供了在您构建与 AWS Encryption SDK兼容的加密库时可供参考的信息。如果您不需要构建自己的兼容加密库，则可能不需要此信息。

要 AWS Encryption SDK 在支持的编程语言之一中使用，请参阅编程语言。

有关定义适当 AWS Encryption SDK 实现要素的规范，请参阅中的AWS Encryption SDK 规范 GitHub。

中的加密操作 AWS Encryption SDK 返回包含加密数据（密文）和所有加密数据密钥的单个数据结构或加密消息。要了解该数据结构或构建读取和写入该结构的库，您需要了解消息格式。

消息格式包含至少两个部分：标头 和正文。在某些情况下，消息格式包含第三个部分（脚注）。消息格式按网络字节顺序定义有序的字节序列，也称为 big-endian 格式。消息格式从标头开始，然后是正文，最后是脚注（如果有）。

AWS Encryption SDK 支持的算法套件使用两种消息格式版本之一。没有密钥承诺的算法套件使用消息格式版本 1。带有密钥承诺的算法套件使用消息格式版本 2。

标头结构

消息标头包含加密的数据密钥以及有关消息正文组成方式的消息。下表描述了在消息格式版本 1 和版本 2 中构成标头的字段。字节是按显示的顺序附加的。

不存在值表示该字段在该版本的消息格式中不存在。粗体文本表示每个版本中不同的值。

注意

您可能需要水平或垂直滚动才能查看此表中的所有数据。

标头结构
字段 消息格式版本 1

长度（字节）

 消息格式版本 2

长度（字节）
版本 1 1
类型 1 不存在
算法 ID 2 2
消息 ID 16 32
AAD 长度

2

如果加密上下文为空，则 2 字节 AAD 长度字段的值为 0。

2

如果加密上下文为空，则 2 字节 AAD 长度字段的值为 0。
AAD

变量。此字段的长度显示在前 2 个字节中（AAD 长度字段）。

如果加密上下文为空，则在标头中不包含 AAD 字段。

变量。此字段的长度显示在前 2 个字节中（AAD 长度字段）。

如果加密上下文为空，则在标头中不包含 AAD 字段。
加密的数据密钥数 2 2
加密的数据密钥 变量。由加密的数据密钥数和每个密钥的长度决定。 变量。由加密的数据密钥数和每个密钥的长度决定。
内容类型 1 1
预留 4 不存在
IV 长度 1 不存在
帧长度 4 4
算法套件数据 不存在 变量。由生成消息的算法决定。
标头身份验证 变量。由生成消息的算法决定。 变量。由生成消息的算法决定。
版本

该消息格式的版本。版本为 1 或 2，在十六进制表示法中编码为字节 01 或 02

类型

该消息格式的类型。该类型指示结构的种类。唯一支持的类型描述为客户验证的加密数据。其类型值为 128，在十六进制表示法中编码为字节 80。

此字段在消息格式版本 2 中不存在。

算法 ID

使用的算法的标识符。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值。有关算法的更多信息，请参阅AWS Encryption SDK 算法参考。

消息 ID

随机生成的值，用于标识消息。消息 ID：

  • 唯一地标识加密的消息。

  • 将消息标头弱绑定到消息正文。

  • 提供一种机制以安全地在多个加密的消息中重用数据密钥。

  • 防止在 AWS Encryption SDK中意外重复使用数据密钥或导致密钥失效。

此值在消息格式版本 1 中为 128 位，在版本 2 中为 256 位。

AAD 长度

其他经过身份验证的数据 (AAD) 的长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含 AAD 的字节数。

如果加密上下文为空，则 AAD 长度字段的值为 0。

AAD

其他经过身份验证的数据。AAD 是编码形式的加密上下文，这是一个键值对数组，其中，每个键和值是一个 UTF-8 编码的字符串。加密上下文将转换为一个字节序列并用于 AAD 值。如果加密上下文为空，则在标头中不包含 AAD 字段。

在使用具有签名的算法时，加密上下文必须包含 {'aws-crypto-public-key', Qtxt} 键值对。Qtxt 表示根据 SEC 1 2.0 版压缩并进行 Base64 编码的椭圆曲线点 Q。加密上下文可以包含额外的值，但构造的 AAD 的最大长度为 2^16 - 1 字节。

下表描述了组成 AAD 的字段。键值对是根据 UTF-8 字符代码按键升序排列的。字节是按显示的顺序附加的。

AAD 结构
字段 长度（字节）
键值对数 2
键长度 2
键 变量。等于在前 2 个字节（键长度）中指定的值。
值长度 2
值 变量。等于在前 2 个字节（值长度）中指定的值。
键值对数

AAD 中的键值对数。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定 AAD 中的键值对数。AAD 中的最大键值对数为 2^16 - 1 个。

如果没有加密上下文或加密上下文为空，则在 AAD 结构中不包含该字段。

键长度

键值对的键长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含键的字节数。

键

键值对的键。这是 UTF-8 编码的字节序列。

值长度

键值对的值长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含值的字节数。

值

键值对的值。这是 UTF-8 编码的字节序列。

加密的数据密钥数

加密的数据密钥数。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定加密的数据密钥数。每条消息中加密数据密钥的最大数量为 65535（2^16 - 1）。

加密的数据密钥

加密的数据密钥序列。序列长度由加密的数据密钥数和每个密钥的长度决定。该序列包含至少一个加密的数据密钥。

下表描述了组成每个加密的数据密钥的字段。字节是按显示的顺序附加的。

加密的数据密钥结构
字段 长度（字节）
密钥提供程序 ID 长度 2
密钥提供程序 ID 变量。等于在前 2 个字节（密钥提供程序 ID 长度）中指定的值。
密钥提供程序信息长度 2
密钥提供程序信息 变量。等于在前 2 个字节（密钥提供程序信息长度）中指定的值。
加密的数据密钥长度 2
加密的数据密钥 变量。等于在前 2 个字节（加密的数据密钥长度）中指定的值。
密钥提供程序 ID 长度

密钥提供程序标识符的长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含密钥提供程序 ID 的字节数。

密钥提供程序 ID

密钥提供程序标识符。它用于指示加密的数据密钥的提供程序，并且可以进行扩展。

密钥提供程序信息长度

密钥提供程序信息的长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含密钥提供程序信息的字节数。

密钥提供程序信息

密钥提供程序信息。这是由密钥提供程序决定的。

当 AWS KMS 是主密钥提供者或者您正在使用密 AWS KMS 钥环时，此值包含的 Amazon 资源名称 (ARN)。 AWS KMS key

加密的数据密钥长度

加密的数据密钥的长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含加密的数据密钥的字节数。

加密的数据密钥

加密的数据密钥。这是密钥提供程序加密的数据加密密钥。

内容类型

加密数据的类型（非帧或帧）。

注意

尽可能使用帧数据。仅 AWS Encryption SDK 支持传统使用的非成帧数据。的某些语言实现仍然 AWS Encryption SDK 可以生成非成帧的密文。所有支持的语言实现都可以解密成帧和非帧加密文字。

帧数据分割成一些等长的部分；每个部分是单独加密的。帧内容为类型 2，在十六进制表示法中编码为字节 02。

非帧数据不会被分割；是单一的加密 Blob。非帧内容为类型 1，在十六进制表示法中编码为字节 01。

预留

预留的 4 字节序列。该值必须为 0。它在十六进制表示法中编码为字节 00 00 00 00（即，等于 0 的 32 位整数值的 4 字节序列）。

此字段在消息格式版本 2 中不存在。

IV 长度

初始化向量 (IV) 的长度。这是一个解释为 8 位无符号整数的 1 字节值，它指定包含 IV 的字节数。该值由生成消息的算法的 IV 字节值决定。

此字段在消息格式版本 2 中不存在，该版本仅支持在消息标头中使用确定性 IV 值的算法套件。

帧长度

帧数据的每个帧的长度。这是一个解释为 32 位无符号整数的 4 字节值，该值指定每个帧的字节数。当数据为非帧数据时，也就是说，当 Content Type 字段的值为 1 时，该值必须为 0。

注意

尽可能使用帧数据。仅 AWS Encryption SDK 支持传统使用的非成帧数据。的某些语言实现仍然 AWS Encryption SDK 可以生成非成帧的密文。所有支持的语言实现都可以解密成帧和非帧加密文字。

算法套件数据

生成消息的算法所需的补充数据。长度和内容由算法决定。其长度可能是 0。

此字段在消息格式版本 1 中不存在。

标头身份验证

标头身份验证是由生成消息的算法决定的。标头身份验证是在整个标头上计算的。它包含 IV 和身份验证标签。字节是按显示的顺序附加的。

标头身份验证结构
字段 版本 1.0 中的长度（字节） 版本 2.0 中的长度（字节）
IV 变量。由生成消息的算法的 IV 字节值决定。 不适用
身份验证标签 变量。由生成消息的算法的身份验证标签字节值决定。 变量。由生成消息的算法的身份验证标签字节值决定。
IV

用于计算标头身份验证标签的初始化向量 (IV)。

此字段在消息格式版本 2 的标头中不存在。消息格式版本 2 仅支持在消息标头中使用确定性 IV 值的算法套件。

身份验证标签

标头的身份验证值。它用于对全部标头内容进行身份验证。

正文结构

消息正文包含加密的数据（称为密文）。正文结构取决于内容类型（非帧或帧）。以下几节介绍了每种内容类型的消息正文格式。消息格式版本 1 和 2 中的消息正文结构相同。

非帧数据

非帧数据是在具有唯一 IV 和正文 AAD 的单个 blob 中加密的。

注意

尽可能使用帧数据。仅 AWS Encryption SDK 支持传统使用的非成帧数据。的某些语言实现仍然 AWS Encryption SDK 可以生成非成帧的密文。所有支持的语言实现都可以解密成帧和非帧加密文字。

下表描述了组成非帧数据的字段。字节是按显示的顺序附加的。

非帧正文结构
字段 长度（字节）
IV 变量。等于在标头的 IV 长度 字节中指定的值。
加密的内容长度 8
加密的内容 变量。等于在前 8 个字节（加密的内容长度）中指定的值。
身份验证标签 变量。由使用的算法实施决定。
IV

与加密算法一起使用的初始化向量 (IV)。

加密的内容长度

加密的内容（或密文）的长度。这是一个解释为 64 位无符号整数的 8 字节值，它指定包含加密的内容的字节数。

从技术上讲，允许的最大值为 2^63 - 1 或 8 艾字节 (8 EiB)。但实际上，由于实施的算法施加的限制，最大值为 2^36 - 32 或 64 吉字节 (64 GiB)。

注意

由于 Java 语言限制，该开发工具包的 Java 实施进一步将该值限制为 2^31 - 1 或 2 吉字节 (2 GiB)。

加密的内容

加密算法返回的加密内容（密文）。

身份验证标签

正文的身份验证值。它用于对消息正文进行身份验证。

帧数据

在帧数据中，明文数据拆分为相等长度的部分（称为帧）。使用唯一的 IV 和主体 AA D 分别 AWS Encryption SDK 加密每帧。

注意

尽可能使用帧数据。仅 AWS Encryption SDK 支持传统使用的非成帧数据。的某些语言实现仍然 AWS Encryption SDK 可以生成非成帧的密文。所有支持的语言实现都可以解密成帧和非帧加密文字。

对于每条消息，帧长度（帧中的加密内容的长度）可能是不同的。帧中的最大字节数为 2^32 - 1。消息中的最大帧数为 2^32 - 1。

共有两种类型的帧：常规和最终。每条消息必须包含最终帧或由最终帧组成。

消息中的所有常规帧具有相同的帧长度。最终帧可能具有不同的帧长度。

帧数据中的帧组成部分因加密的内容长度而异。

  • 等于帧长度 – 如果加密的内容长度与常规帧的帧长度相同，则消息可能由包含数据的常规帧以及后面的零（0）长度的最终帧组成。或者，消息可能仅由包含数据的最终帧组成。在这种情况下，最终帧的帧长度与常规帧相同。

  • 帧长度的倍数 – 如果加密的内容长度是常规帧的帧长度的整数倍数，则消息可能以包含数据的常规帧结尾，后跟零（0）长度的最终帧。或者，消息可能以包含数据的最终帧结尾。在这种情况下，最终帧的帧长度与常规帧相同。

  • 不是帧长度的倍数 – 如果加密的内容长度不是常规帧的帧长度的整数倍数，最终帧将包含其余数据。最终帧的帧长度小于常规帧的帧长度。

  • 小于帧长度 – 如果加密的内容长度小于常规帧的帧长度，则消息由包含所有数据的最终帧组成。最终帧的帧长度小于常规帧的帧长度。

下表描述了组成帧的字段。字节是按显示的顺序附加的。

帧正文结构 - 常规帧
字段 长度（字节）
序列号 4
IV 变量。等于在标头的 IV 长度 字节中指定的值。
加密的内容 变量。等于在标头的 帧长度 中指定的值。
身份验证标签 变量。由使用的算法（在标头的 算法 ID 中指定）决定。
序列号

帧序列号。它是递增的帧计数器编号。这是一个解释为 32 位无符号整数的 4 字节值。

帧数据必须从序列号 1 开始。后续的帧必须按顺序编号，并且必须在前一个帧的基础上增加 1。否则，解密过程将停止并报告错误。

IV

帧的初始化向量 (IV)。该开发工具包使用确定性的方法为消息中的每个帧构造不同的 IV。其长度由使用的算法套件指定。

加密的内容

加密算法返回的帧加密内容（密文）。

身份验证标签

帧的身份验证值。它用于对整个帧进行身份验证。

帧正文结构 - 最终帧
字段 长度（字节）
序列号结尾 4
序列号 4
IV 变量。等于在标头的 IV 长度 字节中指定的值。
加密的内容长度 4
加密的内容 变量。等于在前 4 个字节（加密的内容长度）中指定的值。
身份验证标签 变量。由使用的算法（在标头的 算法 ID 中指定）决定。
序列号结尾

最终帧的指示符。该值在十六进制表示法中编码为 4 字节 FF FF FF FF。

序列号

帧序列号。它是递增的帧计数器编号。这是一个解释为 32 位无符号整数的 4 字节值。

帧数据必须从序列号 1 开始。后续的帧必须按顺序编号，并且必须在前一个帧的基础上增加 1。否则，解密过程将停止并报告错误。

IV

帧的初始化向量 (IV)。该开发工具包使用确定性的方法为消息中的每个帧构造不同的 IV。IV 长度是由算法套件指定的。

加密的内容长度

加密的内容的长度。这是一个解释为 32 位无符号整数的 4 字节值，它指定包含帧加密内容的字节数。

加密的内容

加密算法返回的帧加密内容（密文）。

身份验证标签

帧的身份验证值。它用于对整个帧进行身份验证。

在使用具有签名的算法时，消息格式包含脚注。消息脚注包含在消息标头和正文上计算的数字签名。下表描述了组成脚注的字段。字节是按显示的顺序附加的。消息格式版本 1 和 2 中的消息脚注结构相同。

脚注结构
字段 长度（字节）
签名长度 2
签名 变量。等于在前 2 个字节（签名长度）中指定的值。

签名的长度。这是一个解释为 16 位无符号整数的 2 字节值，它指定包含签名的字节数。

签名。