CCM 认证加密模式：NIST SP 800-38C 与 CTR-CBC-MAC 的构造原理

┌──────────────────────────────────────┐
                    │           Format Block               │
   N, A, P ───────►│  (Flags, Nonce, Lengths)              │
                    └──────────────┬───────────────────────┘
                                   │
                    ┌──────────────▼───────────────────────┐
                    │         CBC-MAC Channel              │
                    │  Y₀ = Eₖ(B₀)                         │
                    │  Yᵢ = Eₖ(Bᵢ ⊕ Yᵢ₋₁)                  │
                    │  T = MSBₜₗₑₙ(Yᵣ)                     │
                    └──────────────┬───────────────────────┘
                                   │
                    ┌──────────────▼───────────────────────┐
                    │         CTR Channel                   │
                    │  Ctr₀ = B₀ + 1                       │
                    │  Sⱼ = Eₖ(Ctrⱼ)                       │
                    │  C = P ⊕ MSB(|P|)(S₁||S₂||...||Sₘ)  │
                    │  T* = T ⊕ MSB(Tlen)(S₀)             │
                    └──────────────┬───────────────────────┘
                                   │
                              Output: (C, T*)

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESCCM
import os

def ccm_encrypt(key: bytes, nonce: bytes, plaintext: bytes, aad: bytes = b'') -> tuple:
    """
    CCM 加密实现（使用 cryptography 库）

    Args:
        key: 16/24/32 字节密钥
        nonce: 7-13 字节 Nonce
        plaintext: 明文
        aad: 关联数据

    Returns:
        (ciphertext_with_tag,) - 密文+认证标签拼接
    """
    aesccm = AESCCM(key, tag_length=16)
    ciphertext = aesccm.encrypt(nonce, plaintext, aad)
    return ciphertext

def ccm_decrypt(key: bytes, nonce: bytes, ciphertext: bytes, aad: bytes = b'') -> bytes:
    """
    CCM 解密实现

    Args:
        key: 16/24/32 字节密钥
        nonce: 7-13 字节 Nonce
        ciphertext: 密文+标签（aesccm.encrypt 返回的完整输出）
        aad: 关联数据

    Returns:
        plaintext（解密失败时抛出 InvalidTag 异常）
    """
    aesccm = AESCCM(key, tag_length=16)
    try:
        plaintext = aesccm.decrypt(nonce, ciphertext, aad)
        return plaintext
    except Exception as e:
        raise ValueError(f"Authentication failed: {e}")

# 使用示例
key = os.urandom(16)  # 128-bit key
nonce = os.urandom(12)  # 96-bit nonce
aad = b"Associated Data"
plaintext = b"Hello, CCM!"

ciphertext = ccm_encrypt(key, nonce, plaintext, aad)
print(f"Ciphertext (hex): {ciphertext.hex()}")

try:
    decrypted = ccm_decrypt(key, nonce, ciphertext, aad)
    print(f"Decrypted: {decrypted.decode()}")
except ValueError as e:
    print(f"Decrypt failed: {e}")

### 5.2 与 OpenSSL 的交互

> **注意**：标准 `openssl enc` 命令不支持 CCM 模式（AEAD 模式）。如需通过 OpenSSL CLI 测试，建议使用 Tongsuo 或专门的密码学工具。

以下示例展示如何使用 Python 调用 OpenSSL 底层 API 进行 CCM 加密：