一、【原理简介】非对称加密
非对称加密，也被称为公钥加密，其中使用一对相关的密钥：一个公钥和一个私钥。公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。公钥可以公开分享，而私钥必须保密。
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密钥生成:
- 当一个用户或设备希望使用非对称加密时，要生成一对密钥：一个公钥和一个私钥。这两个密钥是数学上相关的，但从公钥中计算出私钥在计算上是不可行的。
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加密过程:
- 发送方使用接收方的公钥对消息进行加密。只有持有与那个公钥相对应的私钥的人（在这种情况下是接收方）才能解密这个消息。
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解密过程:
- 接收方使用其私钥对接收到的加密消息进行解密，以恢复原始消息。
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安全性:
- 即使攻击者知道公钥并且他们拦截了加密的消息，但由于他们没有私钥，所以他们不能解密那个消息。这提供了保密性。
- 由于私钥不是公开的，因此无法用它来伪造加密的消息。
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数字签名:
- 除了保密性外，非对称加密还可以用于数字签名。发送方使用其私钥对消息的哈希进行加密，产生一个数字签名。
- 接收方可以使用发送方的公钥来验证签名，确保消息是从发送方发出的，并且没有被修改。
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主要算法:
- RSA、ElGamal、ECC（椭圆曲线加密）是非对称加密的主要算法。
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性能问题:
- 与对称加密相比，非对称加密通常计算上更加昂贵，所以它在处理大量数据时可能不太实用。在实际场景中，经常使用非对称加密来交换一个对称密钥（如AES密钥），然后使用对称加密来加密实际的数据。
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公钥基础设施（PKI）:
- PKI是一个结合硬件、软件、策略和标准，以实现公钥加密和数字签名服务的体系结构。它包括证书颁发机构（CA），负责颁发和验证数字证书。
总结：非对称加密使用一对密钥来确保数据的安全性和完整性。公钥用于加密，而私钥用于解密或签名。
二、【代码】生成秘钥对文件 和 读取秘钥对加密、加密
- example 1 生成秘钥对
#include <stdio.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
/* compile : gcc createRSA_KeyPair.c -I./include -L./lib -lcrypto -Wl,-rpath=./lib */
int main() {
int ret = 0;
RSA *r = NULL;
BIGNUM *bne = NULL;
int bits = 2048;
unsigned long e = RSA_F4;
// 1. 生成 RSA 密钥对
bne = BN_new();
ret = BN_set_word(bne, e);
if(ret != 1) {
goto free_all;
}
r = RSA_new();
ret = RSA_generate_key_ex(r, bits, bne, NULL);
if(ret != 1) {
goto free_all;
}
// 2. 保存私钥到 PEM 文件
FILE *fp = fopen("private_key.pem", "wb");
if(fp == NULL) {
perror("Unable to open private key file for writing");
goto free_all;
}
PEM_write_RSAPrivateKey(fp, r, NULL, NULL, 0, NULL, NULL);
fclose(fp);
// 3. 保存公钥到 PEM 文件
fp = fopen("public_key.pem", "wb");
if(fp == NULL) {
perror("Unable to open public key file for writing");
goto free_all;
}
PEM_write_RSA_PUBKEY(fp, r);
fclose(fp);
free_all:
RSA_free(r);
BN_free(bne);
return 0;
}
- example 2 使用秘钥对加密、解密
#include <stdio.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
/* compile : gcc keyFromFile.c -I./include -L./lib -lcrypto -Wl,-rpath=./lib */
int main() {
// 加载公钥
FILE* pubKeyFile = fopen("public_key.pem", "rb");
RSA* rsaPublicKey = PEM_read_RSA_PUBKEY(pubKeyFile, NULL, NULL, NULL);
fclose(pubKeyFile);
// 加载私钥
FILE* privKeyFile = fopen("private_key.pem", "rb");
RSA* rsaPrivateKey = PEM_read_RSAPrivateKey(privKeyFile, NULL, NULL, NULL);
fclose(privKeyFile);
const char* plainText = "Hello, OpenSSL!";
char encrypted[4098] = {};
char decrypted[4098] = {};
// 使用公钥加密
int encryptedLength = RSA_public_encrypt(strlen(plainText), (unsigned char*)plainText,
(unsigned char*)encrypted, rsaPublicKey, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if (encryptedLength == -1) {
printf("Public Encrypt failed \n");
return 0;
}
// 使用私钥解密
int decryptedLength = RSA_private_decrypt(encryptedLength, (unsigned char*)encrypted,
(unsigned char*)decrypted, rsaPrivateKey, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if (decryptedLength == -1) {
printf("Private Decrypt failed \n");
return 0;
}
decrypted[decryptedLength] = '\0';
printf("Original: %s\n", plainText);
printf("Decrypted: %s\n", decrypted);
RSA_free(rsaPublicKey);
RSA_free(rsaPrivateKey);
return 0;
}
三、【代码】代码内生成秘钥对并加密解密
- c风格
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
/* compile : gcc RSA.c -I./include -L./lib -lcrypto -Wl,-rpath=./lib */
int main() {
// 1. create key
int ret = 0;
RSA *rsa = NULL;
BIGNUM *bne = NULL;
int bits = 2048;
unsigned long e = RSA_F4;
bne = BN_new();
ret = BN_set_word(bne, e);
if(ret != 1) {
goto free_all;
}
rsa = RSA_new();
ret = RSA_generate_key_ex(rsa, bits, bne, NULL);
if(ret != 1) {
goto free_all;
}
// 2. encrypto
const char* plainText = "Hello, OpenSSL!";
char encrypted[4098] = {};
int encryptedLength = RSA_public_encrypt(strlen(plainText) + 1, (unsigned char*)plainText,
(unsigned char*)encrypted, rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if(encryptedLength == -1) {
printf("Public Encrypt failed \n");
goto free_all;
}
// 3. decrypto
char decrypted[4098] = {};
int decryptedLength = RSA_private_decrypt(encryptedLength, (unsigned char*)encrypted,
(unsigned char*)decrypted, rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if(decryptedLength == -1) {
printf("Private Decrypt failed \n");
goto free_all;
}
decrypted[decryptedLength] = '\0';
printf("Original: %s\n", plainText);
printf("Decrypted: %s\n", decrypted);
free_all:
RSA_free(rsa);
BN_free(bne);
return 0;
}
- C++风格
#include <iostream>
#include <vector>
#include <stdexcept>
extern "C"{
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
}
class RSAWrapper {
public:
RSAWrapper() {
rsa = RSA_new();
bne = BN_new();
BN_set_word(bne, RSA_F4);
RSA_generate_key_ex(rsa, 2048, bne, nullptr);
}
~RSAWrapper() {
RSA_free(rsa);
BN_free(bne);
}
std::vector<unsigned char> encrypt(const std::string &plainText) {
std::vector<unsigned char> encrypted(RSA_size(rsa));
int encryptLength = RSA_public_encrypt(plainText.size(),
reinterpret_cast<const unsigned char*>(plainText.c_str()),
encrypted.data(),
rsa,
RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if (encryptLength == -1) {
throw std::runtime_error("Error during encryption");
}
return encrypted;
}
std::string decrypt(const std::vector<unsigned char> &cipherText) {
std::vector<unsigned char> decrypted(RSA_size(rsa));
int decryptLength = RSA_private_decrypt(cipherText.size(),
cipherText.data(),
decrypted.data(),
rsa,
RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
if (decryptLength == -1) {
throw std::runtime_error("Error during decryption");
}
return std::string(reinterpret_cast<char*>(decrypted.data()));
}
private:
RSA *rsa;
BIGNUM *bne;
};
/* compile : g++ -std=c++11 RSA.cpp -I./include -L./lib -lcrypto -Wl,-rpath=./lib */
int main() {
try {
RSAWrapper rsaWrapper;
std::string plainText = "Hello, OpenSSL C++!";
auto encrypted = rsaWrapper.encrypt(plainText);
auto decrypted = rsaWrapper.decrypt(encrypted);
std::cout << "Original Text: " << plainText << std::endl;
std::cout << "Decrypted Text: " << decrypted << std::endl;
} catch (const std::exception &e) {
std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
}
return 0;
}
