PDF加密、解密內幕（二）- PDF檔案口令加密內幕
0 幾個重要概念
全域性加密金鑰，簡稱為全域性金鑰，該全域性金鑰由加密字典物件和你輸入的口令生成，用來生成物件加密金鑰。
物件加密金鑰，簡稱為物件金鑰，是用來實際加密PDF檔案內容的金鑰，不同於上篇PDF加密模擬裡的全部的物件共用一個金鑰不同，PDF檔案中每個物件的加密金鑰都不一樣。
User Password 使用者口令。
Owner password 許可權口令。
1 PDF檔案的加密流程
上一篇文章大致介紹了關於ACROBAT對PDF加密操作和加密後生成的PDF檔案中的加密字典物件。同時我們提出了下面的四個問題：
1.檔案的內容是如何被加密的？
2.加密金鑰是如何生成的？
3.加密字典中的每一項是如何生成的？
4.加密字典和加密金鑰的關係？
第一個問題是我們的最終目的，本文要最終要解決的就是這個問題。而第2,3,4個問題作為第1個問題的分解，在下文中有個清晰地解答。
下面是一個PDF檔案加密的大致過程：
1.選擇PDF相容版本和輸入使用者口令，許可權口令。
2.根據輸入生成加密字典物件。
3.由輸入和加密字典物件生成全域性金鑰。
4.由全域性金鑰生成物件加密金鑰。
5.用物件加密金鑰加密物件內容。
2 PDF加密解密流程詳解
加密字典物件一般有下面的條目：
/Length 金鑰的長度
/Filter 生成金鑰的方法,就是前面說的security handler
/O 是由使用者口令和許可權口令得到的，用來生成金鑰和驗證輸入的許可權口令
/P 訪問許可權的標誌
/R 標準加密的（standard security handler）的版本
/U由使用者口令生成，用來驗證輸入的使用者口令或許可權口令，是否要提醒使用者輸入密碼
/V 可選，用來指明加密的演算法。
一般來說這上面的條目是必須的，其它條目具體見PDF規範。這上面的加密字典條目中除了條目O和U之外其它的都可以直接生成。那麼接下來我們就來看這兩個條目，全域性加密金鑰，和物件加密金鑰的生成過程。
如果你去看PDF規範，在有的步驟會有點迷茫的，相信下面的詳細介紹對大家會有所幫助，如果你要實現自己的加密程式，也將給你一個指引。
2.1 生成加密字典和加密金鑰
2.1.1 生成條目O
演算法3.3
1.補充或擷取許可權口令字串為32個位元組。如果輸入的口令大於32個位元組，那麼只保留前32個位元組，如果少於32個位元組，那麼就按下面的字串補上所缺少的位元組數：
<0x28, 0xbf, 0x4e, 0x5e, 0x4e, 0x75, 0x8a, 0x41,
0x64, 0x00, 0x4e, 0x56, 0xff, 0xfa, 0x01, 0x08,
0x2e, 0x2e, 0x00, 0xb6, 0xd0, 0x68, 0x3e, 0x80,
0x2f, 0x0c, 0xa9, 0xfe, 0x64, 0x53, 0x69, 0x7a>
如果沒有許可權（主）口令，那麼就用使用者口令替代。
2.初始化MD5函式並將步驟1產生的結果輸入MD5函式。
3.(版本3或更高)連續做50次：此後輸出作為輸入新的MD5雜湊函式中。
4.利用這個HASH數列的前面n位建立RC4金鑰，對於版本2來說，n始終為5, 但對於版本3或更高版本來說，取決於加密字典中Length的值,為length/8。
5.按照演算法3.2中的第一步由使用者口令得到32位元組字串。
6.將第5步中產生的32位位元組字串用第4步中產生的金鑰用RC4演算法加密。
7.(版本3或更高)做19次：用前一次的輸出作為下一次的輸入進行編碼；金鑰是由第1步產生的原始金鑰的單個位元組和迴圈數和進行XOR(異或)運算得到的。
charTest[32] = 第1步生成的32字串。
char temKey = Test[32];
unsigned int keyLength = length/8;
for (i = 1; i <=19; i++)
{
for (j = 0; j < keyLength; ++j)
{
tmpKey[j] = fileKey[j] ^ i;
}
rc4InitKey(tmpKey, keyLength, fState);
fx = fy = 0;
for (j = 0; j < 32; ++j)
{
test[j] = rc4EncryptByte(fState, &fx, &fy, test[j]);
}
｝
8.這32位元組字串即為加密字典物件條目O的值。
圖1
2.1.2 得到全域性加密金鑰
演算法2:
1．補充或擷取口令字串為32個位元組。如果輸入的口令大於32個位元組，那麼只保留前32個位元組，如果少於32個位元組，那麼就按下面的字串補上所缺少的位元組數：
<0x28, 0xbf, 0x4e, 0x5e, 0x4e, 0x75, 0x8a, 0x41,
0x64, 0x00, 0x4e, 0x56, 0xff, 0xfa, 0x01, 0x08,
0x2e, 0x2e, 0x00, 0xb6, 0xd0, 0x68, 0x3e, 0x80,
0x2f, 0x0c, 0xa9, 0xfe, 0x64, 0x53, 0x69, 0x7a>
如果使用者口令為空，那麼就意味著沒有使用者口令，用這32個位元組完全填充。
2．初始化MD5函式並將步驟1產生的結果輸入MD5函式。
3．將加密字典O條目輸入MD5中。（演算法3.3描述O值的產生）。
4．將P條目作為無符號的4位元組整數然後將該4位元組輸入MD5函式。
5．將該PDF文件的ID標識陣列的第一個元素（即該PDF文件中trailer字典中ID條目的第一個字串）輸入到函式MD5中。（關於PDF文件ID的介紹見文章“PDF文件ID”）
6. (版本3或更高)如果該文件的metadata不加密，將4位元組的0xFFFFFFFF輸入雜湊函式MD5中。
7．結束雜湊。
8．(版本3或更高)將前面MD5產生的HASH序列的前n位，也就是加密字典中的Length/8位字串，輸入到新的MD5雜湊函式中，此後輸出作為輸入連續再做49次。
9．加密金鑰就是這個HASH數列的前面n位，對於版本2來說，n始終為5,對於版本3或更高版本來說，就取決於加密字典中Length的值，n=length/8。
這個演算法，是根據使用者口令字串，產生全域性加密金鑰。
圖2
2.1.3 生成條目U
演算法4版本2:
1 按照演算法2的方法，基於使用者口令字串生成加密金鑰。
2 用上面步驟產生的加密金鑰加密按照演算法2步驟1生成的32位串。
3 步驟2的輸出即為加密字典物件中條目U的值。
演算法5版本3：
1按照演算法2的方法，基於使用者口令字串生成加密金鑰。
2 初始化MD5 HASH函式並將按照演算法2步驟1生成的32位字串輸入該函式。
3 將檔案ID陣列中的第一個32位ID字串傳入MD5函式。
4 用第1步產生的金鑰通過RC4演算法來加密由步驟3輸出的16位字串。
9.做19次：用前一次的輸出作為下一次的輸入進行解碼；金鑰是由第1步產生的原始金鑰的單個位元組和迴圈數和進行XOR(異或)運算得到的。
charTest[32] = 第1步生成的32字串。
char temKey = Test[32];
unsigned int keyLength = length/8;
for (i = 1; i <=19; i++)
{
for (j = 0; j < keyLength; ++j)
{
tmpKey[j] = fileKey[j] ^ i;
}
rc4InitKey(tmpKey, keyLength, fState);
fx = fy = 0;
for (j = 0; j < 32; ++j)
{
test[j] = rc4EncryptByte(fState, &fx, &fy, test[j]);
}
｝
2.2 生成物件加密金鑰並將物件加密
演算法3.1用RC4和AES對資料進行加密演算法：
1．獲得字串物件或流物件的物件號(object number)和產生號（generation numer），如果字串物件是一個直接物件，則利用其包含該物件的識別符號。
2．將物件號和產生號作2進位制整數對待，將原始的N位元組長的密匙擴充套件到n+5位元組，即將物件號的低3個位元組和產生號的低2個位元組依次接在前面N位元組長的加密K金鑰上，順序為低位元組靠前。（如果金鑰的長度為40那麼n為5，如果V的值大於1， n的值就為Length除以8。）
3．初始化MD5雜湊函式，然後將步驟2產生的字串輸入到MD5中。
4．用前(n+5)個位元組，如果N+5>16那麼擷取前面的16個位元組，將這個產生的hash結果作為RC4和AES對稱加密演算法的密匙來對該字串或流物件進行加密。
如果是用到AES演算法，用到CBC模式。
圖 3
3 回答雲木的問題
雲木的問題是這樣，只有設定了許可權口令的的PDF檔案，是否可以直接從PDF檔案中取出某個物件的流？
他想這樣的PDF檔案應該是不加密的，因為PDF檔案的內容是可以看到的，只是設定了一個用來表示許可權的串。這是我上篇文章《PDF檔案加密模擬》中說的，而且還說了可以有辦法去掉這個串或者修改這個串，不過我也有在文章中用紅色字型說明PDF檔案中內容實際上是加密了的，只是加密金鑰可以從加密字典中直接計算出來。
那麼這個金鑰如何如何計算得到呢？我想由演算法3.2和演算法3.1就得出答案了。因為沒有開啟口令，那麼直接由上面的32位元組加密口令常量串填充，然後根據其它檔案中的相關內容得到全域性金鑰。進而生成物件加密金鑰。
4 是否可以直接修改許可權設定串
有的人說可以直接修改加密字典中的條目P得到更大的許可權，其實不然，因為按照加密演算法2，全域性加密金鑰其中有個輸入就是P, 如果P修改了，也不能正確得到加密金鑰。你也可以實際試驗一下，用 Ultra Edit開啟，修改P條目，然後再用PDF reader開啟，就會提示你輸入口令，因為根據該PDF檔案本身是無法得到加密金鑰了。
5 本文總結
本文詳細地對PDF檔案的口令加密做了一個說明，相信你可以利用它來對PDF檔案進行口令加密了，當然在一些細節方面你需要查詢一下PDF規範。整篇文章採用多種方式來表達，目的只有一個，就是讓整個內容顯得非常明白容易理解。在兩個比較難懂的地方我用了偽碼，我想這也會對你的理解有所幫助。
當然，錯誤是在所難免的，如果你對文章有什麼意見，或者有什麼知道，或者你認為怎樣會更好，那麼我非常希望你能給我來信或者給我評論和留言。
非常感謝！