2024年4月21日发(作者：)

白盒AES加密在软件保护中的应用

摘要 加密是软件保护中最古老、最常见的方法，它常常和其他的方法和混合起来使用，

以进一步增强对软件的保护效果。由于软件是处在“白盒”的执行环境中的，传统的加密

方法在软件保护领域难以取得良好的效果，这并因为非加密算法的强度不够，而是由于软

件的执行过程是可以被跟踪的，也就是说密钥和加密算法对于攻击者是可见的，所以需要

特定的针对白盒模型的加密手段来保护软件及密钥安全。本文主要探讨软件保护中的密钥

安全问题，分析了传统软件密钥保护方法的局限与不足，提出一种最佳的解决方案，即白

盒加密算法，并具体分析了一种基于AES加密的白盒实现算法。

引言

软件保护主要是为了防止软件被破解、被修改或被盗版等，现在较为成熟的软件保护

技术主要包括，代码混淆[1]、加密、多态、水印、指纹、虚拟机、远程过程调用和基于硬

件的保护等，我们往往根据不同的保护目的，选择或混合使用不同技术对软件进行保护。

其中加密技术是使用最广泛的软件保护技术之一，如软件加壳就是对整个代码段进行一次

性加密并在软件运行时一次性解密，自修改代码就是在软件运行的过程中根据需要动态地

进行代码块的加解密。传统的加密技术的有一个基本假设就是攻击者无法获得密钥，具体

而言，认为攻击者并未实质性地接触到密钥或者任何内部操作，仅仅能观察到一些外部信

息或者操作，这些信息包括系统内的明文（输入）或者密文（输出）。但在软件保护领域传

统加密算法遇到了很大的挑战，这主要是由于软件实际上是处在白盒环境中的。白盒的定

义主要包括三点，一是攻击者对主机和软件具有完全控制权，二是软件动态执行过程是可

见的，三是加密算法内部细节完全可见。在这种白盒环境中，传统的密钥由于需要存储在

软件中，很容易被跟踪和定位，并以密钥为线索分析加密算法的种类进而对程序进行破解，

因此当加密技术应用于软件保护上时，需要更多关注如何隐藏和保护密钥。

1 相关研究

在软件保护领域中，密钥保护的思路主要有三种，第一种是自生成密钥，即密钥是由

需要保护信息自身生成出来的；第二种是分块密钥，即密钥有很多块，存放在不同位置。

第三种是白盒加密[2]，其核心思想是让密钥固化在加密算法中，同时用人类无法理解的随

机矩阵将算法混淆。

1.1 自生成密钥

自生成密钥的基本思路是让由文件自身的信息来生成密钥，要从文件自身提取信息来

生成密钥就必须将文件分块加密，这是因为若文件没有分块，即仅有一块，加密后文件变

成了密文，密钥依赖的生成信息也就不存在了。自生成密钥的实现方法是首先对文件进行

分块，然后按指定顺序依次加密，每一块的密钥都不是提取自身的信息，而是依赖于其他

块的信息，这种顺序依赖原则可以保证始终有信息可以用来生成密钥，在解密时必须严格

按照加密相反的顺序逐块解密。

自生成密钥的缺点有两点，一是必须按顺序解密，所以当仅需要解密Bi块时，必须将

B1，B2，···Bi块全部解密。二是需要保存加密顺序t及分块的数量n，由于每次解密时都

需要访问t和n，因此它们是加密算法的敏感数据，很容易成为攻击的突破口。

自生成密钥算法的本质并没有脱离使用密钥，它是一种把单密钥设计改成循环动态生

成密钥并加密的算法，该算法严重依赖解密顺序，使用场景有一定的限制，而且重复生成

密钥会带来较大开销。

1.2 分块密钥