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使用 openssl 进行 AES 加解密

2019/01/08 253

在我之前的一篇博客里介绍了 对称加密的模式 . 这里主要聊一聊如何使用 openssl 来进行 AES 加密 .

一. OPENSSL crypto API

openssl 加密 API 分两个部分: High Level and Low Level . 对于大部分人来说,使用 High Level 就够用了, 这些 API 被冠以 EVP (Envelope) ,表示对 Low Level 的封装。High Level API 提供了包括 对称/非对称加解密签名, 验证, 哈希MAC 等一系列组件,屏蔽了 Low Level API 的复杂逻辑,使用起来安全高效。对于除非有需要进行加密算法级别的改进,否则不建议使用 Low Level API.
大部分 EVP API 有一个 int 型返回值 ,用来表示操作是否成功:1 表示成功, 0 表示失败。但有些时候也会返回 -1 ,表达如内存分配或者其他什么错误。官方指导代码如下:

二. 使用 EVP API 进行 AES 加解密

对于 AES 加解密,EVP API 分为两种,EVP_Encrypt / EVP_Decryp 系列 和 EVP_Cipher 系列。后者是对前者进一步的封装。它们具体使用的套路都是一样的:

  1. 创建加解密上下文 EVP_CIPHER_CTX
  2. 调用 xxxInit() 函数,使用 key(密钥)、iv(前置向量)cipher(算法) 对上下文初始化
  3. 调用 xxxUpdate() 函数进行加解密。该函数支持流式操作。即对于一段明文来说,分成多组按顺序进行加密,和一次性全部加密,不影响其生成的密文的正确性。
  4. 调用 xxxFinal() 函数获取上下文中遗留的信息
  5. 释放上下文, 完成加解密。

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对称密码的模式(MODE)

2017/07/16 1,526

1 科谱:密码学中的常见概念

1.1 密钥

根据密钥的使用方法,可以将密钥分为两种:

  • 对称密钥 是指在加密和解密时使用同一密钥的方式
  • 公钥 加密和解密使用的不是同一种密钥,也称 非对称密钥

1.2 单向散列

单向散列是由单向散列函数计算出来的一组数值。它不能保证数据的机密性,是用来保证数据的完整性的。例如,有安全意识的软件发布者会向用户公布软件的散列值,一般是 MD5. 可以通过检验软件的 MD5 散列值,判断软件是否被篡改过。

1.3 随机数

随机数可以通过硬件生成,也可以通过软件来生成。通过硬件生成的随机数列,是根据传感器收集的热量、声音的变化等事实上无法预测和重现的自然现象信息来生成的,可以称为 真随机数 . 而一般由软件生成的随机数是可以周期性重现的,这种随机数称为 伪随机数 。生成随机数的软件叫做 伪随机数生成器

2 对称加密

常用的对称加密方法有 DES 与 AES 两种。

2.1 DES

DES 是一种将 64bit 的明文加密成 64bit 密文的对称密钥算法,它是密钥长度也是 64bit,但是它的密钥每隔 7bit 会设置一个用于错误检查的 bit, 所以实质上其密钥长度是 56bit . 因为 DES 每次只能加密 64bit 明文,所以需要对超过 64bit 的明文进行分组。以分组为单位进行处理的密码算法也称为 分组密码 。分组后的明文以什么样的方式进行加密,我们称之为 模式(mode) 。 DES 的基本结构以其设计者的名字(Horst Feistel)命名,也称 Feistel 网络可 Feistel结构。在 Feistel 结构中,将 64bit 明文再分作两部分,每部分 32bit。假如标记为 A B 两部分,那么有如下步骤:

  1. 对 B 使用子密钥 subkey 进行加密运算,生成 Bf(B,subkey) = B'
  2. B~ 与 A 进行异或运算,生成 C : B' XOR A = C
  3. C 与 B 组合,生成密文 D : C # B = D

这三个步骤称为一个 轮(round) .可以看到,密文D的后半部分 B 没有被加密。我们将组成 D 的 C 与 B 部分进行互置,即令 A = B, B = C,再重复上面的步骤 1 ~ 3 ,这样明文的每一个部分都被加密了。 DES 就是一种由 16 个轮循环组成的 Feistel 网络。每一轮都会生成一个不同的密钥,所以称为子密钥。

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