你能帮助我了解在 C++ 中使用 rsa.h 进行 openssl 公钥加密吗？

我正在尝试使用 C++ 中 rsa 的 openssl 实现来了解公钥加密。你能帮我吗？到目前为止，这是我的想法（如有必要，请纠正）

1. Alice 通过网络连接到 Bob
2. 爱丽丝和鲍勃想要安全通信
3. Alice 生成公钥/私钥对并将公钥发送给 Bob
4. Bob 接收公钥并用公钥加密随机生成的对称密钥（例如，blowfish），并将结果发送给 Alice
5. Alice用原来生成的私钥解密密文，得到对称河豚密钥
6. Alice 和 Bob 现在都知道对称的河豚密钥，并且可以建立安全的通信通道

现在，我查看了 openssl/rsa.h rsa 实现（因为我已经有了 openssl/blowfish.h 的实践经验），我看到了这两个函数：

int RSA_public_encrypt(int flen, unsigned char *from,
unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);
int RSA_private_decrypt(int flen, unsigned char *from,
 unsigned char *to, RSA *rsa, int padding);

如果 Alice 要生成 *rsa，那么如何生成 rsa 密钥对？是否有类似 rsa_public 和 rsa_private 等源自 rsa 的东西？ *rsa 是否同时包含公钥和私钥，并且上述函数是否根据是否需要公钥或私钥部分自动删除必要的密钥？如果生成两个唯一的 *rsa 指针，那么实际上，我们有以下内容：

int RSA_public_encrypt(int flen, unsigned char *from,
unsigned char *to, RSA *rsa_public, int padding);
int RSA_private_decrypt(int flen, unsigned char *from,
 unsigned char *to, RSA *rsa_private, int padding);

其次，*rsa公钥应该以什么格式发送给Bob？是否必须将其重新解释为字符数组，然后以标准方式发送？我听说过一些关于证书的事情——它们与证书有什么关系吗？

抱歉有这些问题， 最好的祝愿， 本.

编辑：Coe 我目前雇用：

/*
 *  theEncryptor.cpp
 *  
 *
 *  Created by ben on 14/01/2010.
 *  Copyright 2010 __MyCompanyName__. All rights reserved.
 *
 */

#include "theEncryptor.h"
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <sstream>

theEncryptor::theEncryptor()
{

}

void
theEncryptor::blowfish(unsigned char *data, int data_len, unsigned char* key, int enc)
{

    //  hash the key first! 
    unsigned char obuf[20];
    bzero(obuf,20);
    SHA1((const unsigned char*)key, 64, obuf);

    BF_KEY bfkey;
    int keySize = 16;//strlen((char*)key);
    BF_set_key(&bfkey, keySize, obuf);

    unsigned char ivec[16];
    memset(ivec, 0, 16);

    unsigned char* out=(unsigned char*) malloc(data_len);
    bzero(out,data_len);
    int num = 0;
    BF_cfb64_encrypt(data, out, data_len, &bfkey, ivec, &num, enc);

    //for(int i = 0;i<data_len;i++)data[i]=out[i];

    memcpy(data, out, data_len);
    free(out);  

}

void
theEncryptor::generateRSAKeyPair(int bits)
{
    rsa = RSA_generate_key(bits, 65537, NULL, NULL);
}


int
theEncryptor::publicEncrypt(unsigned char* data, unsigned char* dataEncrypted,int dataLen)
{   
    return RSA_public_encrypt(dataLen, data, dataEncrypted, rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);   
}

int
theEncryptor::privateDecrypt(unsigned char* dataEncrypted,
                             unsigned char* dataDecrypted)
{
    return RSA_private_decrypt(RSA_size(rsa), dataEncrypted, 
                                   dataDecrypted, rsa, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
}

void 
theEncryptor::receivePublicKeyAndSetRSA(int sock, int bits)
{
    int max_hex_size = (bits / 4) + 1;
    char keybufA[max_hex_size];
    bzero(keybufA,max_hex_size);
    char keybufB[max_hex_size];
    bzero(keybufB,max_hex_size);
    int n = recv(sock,keybufA,max_hex_size,0); 
    n = send(sock,"OK",2,0);
    n = recv(sock,keybufB,max_hex_size,0); 
    n = send(sock,"OK",2,0); 
    rsa = RSA_new();
    BN_hex2bn(&rsa->n, keybufA);
    BN_hex2bn(&rsa->e, keybufB);
}

void 
theEncryptor::transmitPublicKey(int sock, int bits)
{
    const int max_hex_size = (bits / 4) + 1;
    long size = max_hex_size;
    char keyBufferA[size];
    char keyBufferB[size];
    bzero(keyBufferA,size);
    bzero(keyBufferB,size);
    sprintf(keyBufferA,"%s\r\n",BN_bn2hex(rsa->n));
    sprintf(keyBufferB,"%s\r\n",BN_bn2hex(rsa->e));
    int n = send(sock,keyBufferA,size,0);
    char recBuf[2];
    n = recv(sock,recBuf,2,0);
    n = send(sock,keyBufferB,size,0);
    n = recv(sock,recBuf,2,0);
}

void
theEncryptor::generateRandomBlowfishKey(unsigned char* key, int bytes)
{
            /*
    srand( (unsigned)time( NULL ) );
    std::ostringstream stm;
    for(int i = 0;i<bytes;i++){
        int randomValue = 65 + rand()% 26;
        stm << (char)((int)randomValue);
    }
    std::string str(stm.str());
    const char* strs = str.c_str();
    for(int i = 0;bytes;i++)key[i]=strs[i];
            */

    int n = RAND_bytes(key, bytes);

    if(n==0)std::cout<<"Warning key was generated with bad entropy. You should not consider communication to be secure"<<std::endl;

}

theEncryptor::~theEncryptor(){}

您实际上应该使用更高级别的“信封加密”功能openssl/evp.h，而不是直接使用低级 RSA 函数。这些为您完成了大部分工作，意味着您不必重新发明轮子。

在这种情况下，您可以使用EVP_SealInit(), EVP_SealUpdate() and EVP_SealFinal()功能。对应的解密函数为EVP_OpenInit(), EVP_OpenUpdate() and EVP_OpenFinal()。我建议使用EVP_aes_128_cbc()作为密码类型参数的值。

将公钥加载到RSA *句柄，你使用EVP_PKEY_assign_RSA()把它放入一个EVP_PKEY *EVP 功能的句柄。

完成此操作后，为了解决我在评论中提到的身份验证问题，您需要建立一个受信任的权威机构（“Trent”）。 Trent 的公钥为所有用户所知（与应用程序或类似应用程序一起分发 - 只需从 PEM 文件加载即可）。 Alice 和 Bob 不是交换裸露的 RSA 参数，而是交换包含 RSA 公钥及其姓名的 x509 证书，并由 Trent 签名。然后，Alice 和 Bob 各自验证从对方收到的证书（使用他们已经知道的 Trent 的公钥），包括在继续协议之前检查关联的名称是否正确。 OpenSSL 包含用于加载和验证证书的功能x509.h header.

这是如何使用的示例EVP_Seal*()给定接收者的公钥来加密文件。它采用 PEM RSA 公钥文件（即由openssl rsa -pubout）作为命令行参数，从 stdin 读取源数据并将加密数据写入 stdout。要解密，请使用EVP_Open*()相反，并且PEM_read_RSAPrivateKey()读取私钥而不是公钥。

这实际上并没有那么难——而且肯定比自己乱七八糟地生成填充、IV 等更不容易出错（Seal 函数同时完成了该交易的 RSA 和 AES 部分）。无论如何，代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/err.h>

#include <arpa/inet.h> /* For htonl() */

int do_evp_seal(FILE *rsa_pkey_file, FILE *in_file, FILE *out_file)
{
    int retval = 0;
    RSA *rsa_pkey = NULL;
    EVP_PKEY *pkey = EVP_PKEY_new();
    EVP_CIPHER_CTX ctx;
    unsigned char buffer[4096];
    unsigned char buffer_out[4096 + EVP_MAX_IV_LENGTH];
    size_t len;
    int len_out;
    unsigned char *ek;
    int eklen;
    uint32_t eklen_n;
    unsigned char iv[EVP_MAX_IV_LENGTH];

    if (!PEM_read_RSA_PUBKEY(rsa_pkey_file, &rsa_pkey, NULL, NULL))
    {
        fprintf(stderr, "Error loading RSA Public Key File.\n");
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        retval = 2;
        goto out;
    }

    if (!EVP_PKEY_assign_RSA(pkey, rsa_pkey))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_PKEY_assign_RSA: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out;
    }

    EVP_CIPHER_CTX_init(&ctx);
    ek = malloc(EVP_PKEY_size(pkey));

    if (!EVP_SealInit(&ctx, EVP_aes_128_cbc(), &ek, &eklen, iv, &pkey, 1))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_SealInit: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out_free;
    }

    /* First we write out the encrypted key length, then the encrypted key,
     * then the iv (the IV length is fixed by the cipher we have chosen).
     */

    eklen_n = htonl(eklen);
    if (fwrite(&eklen_n, sizeof eklen_n, 1, out_file) != 1)
    {
        perror("output file");
        retval = 5;
        goto out_free;
    }
    if (fwrite(ek, eklen, 1, out_file) != 1)
    {
        perror("output file");
        retval = 5;
        goto out_free;
    }
    if (fwrite(iv, EVP_CIPHER_iv_length(EVP_aes_128_cbc()), 1, out_file) != 1)
    {
        perror("output file");
        retval = 5;
        goto out_free;
    }

    /* Now we process the input file and write the encrypted data to the
     * output file. */

    while ((len = fread(buffer, 1, sizeof buffer, in_file)) > 0)
    {
        if (!EVP_SealUpdate(&ctx, buffer_out, &len_out, buffer, len))
        {
            fprintf(stderr, "EVP_SealUpdate: failed.\n");
            retval = 3;
            goto out_free;
        }

        if (fwrite(buffer_out, len_out, 1, out_file) != 1)
        {
            perror("output file");
            retval = 5;
            goto out_free;
        }
    }

    if (ferror(in_file))
    {
        perror("input file");
        retval = 4;
        goto out_free;
    }

    if (!EVP_SealFinal(&ctx, buffer_out, &len_out))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_SealFinal: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out_free;
    }

    if (fwrite(buffer_out, len_out, 1, out_file) != 1)
    {
        perror("output file");
        retval = 5;
        goto out_free;
    }

    out_free:
    EVP_PKEY_free(pkey);
    free(ek);

    out:
    return retval;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *rsa_pkey_file;
    int rv;

    if (argc < 2)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <PEM RSA Public Key File>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    rsa_pkey_file = fopen(argv[1], "rb");
    if (!rsa_pkey_file)
    {
        perror(argv[1]);
        fprintf(stderr, "Error loading PEM RSA Public Key File.\n");
        exit(2);
    }

    rv = do_evp_seal(rsa_pkey_file, stdin, stdout);

    fclose(rsa_pkey_file);
    return rv;
}

您发布的代码很好地说明了为什么您应该使用更高级别的函数 - 您陷入了一些陷阱：

• rand()是强调not密码学上强大的随机数生成器！使用生成对称密钥rand()足以让整个系统完全不安全。 （这EVP_*()函数使用密码学上强大的 RNG（从适当的熵源播种）自行生成必要的随机数）。

• 您正在将 CFB 模式的 IV 设置为固定值（零）。这首先就否定了使用 CFB 模式的任何优势（允许攻击者轻松地执行块替换攻击，甚至更糟）。 （这EVP_*()函数会在需要时为您生成适当的 IV）。

• RSA_PKCS1_OAEP_PADDING如果您正在定义新协议，而不是与现有协议进行互操作，则应使用。

对应的解密代码，供后人参考：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/err.h>

#include <arpa/inet.h> /* For htonl() */

int do_evp_unseal(FILE *rsa_pkey_file, FILE *in_file, FILE *out_file)
{
    int retval = 0;
    RSA *rsa_pkey = NULL;
    EVP_PKEY *pkey = EVP_PKEY_new();
    EVP_CIPHER_CTX ctx;
    unsigned char buffer[4096];
    unsigned char buffer_out[4096 + EVP_MAX_IV_LENGTH];
    size_t len;
    int len_out;
    unsigned char *ek;
    unsigned int eklen;
    uint32_t eklen_n;
    unsigned char iv[EVP_MAX_IV_LENGTH];

    if (!PEM_read_RSAPrivateKey(rsa_pkey_file, &rsa_pkey, NULL, NULL))
    {
        fprintf(stderr, "Error loading RSA Private Key File.\n");
        ERR_print_errors_fp(stderr);
        retval = 2;
        goto out;
    }

    if (!EVP_PKEY_assign_RSA(pkey, rsa_pkey))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_PKEY_assign_RSA: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out;
    }

    EVP_CIPHER_CTX_init(&ctx);
    ek = malloc(EVP_PKEY_size(pkey));

    /* First need to fetch the encrypted key length, encrypted key and IV */

    if (fread(&eklen_n, sizeof eklen_n, 1, in_file) != 1)
    {
        perror("input file");
        retval = 4;
        goto out_free;
    }
    eklen = ntohl(eklen_n);
    if (eklen > EVP_PKEY_size(pkey))
    {
        fprintf(stderr, "Bad encrypted key length (%u > %d)\n", eklen,
            EVP_PKEY_size(pkey));
        retval = 4;
        goto out_free;
    }
    if (fread(ek, eklen, 1, in_file) != 1)
    {
        perror("input file");
        retval = 4;
        goto out_free;
    }
    if (fread(iv, EVP_CIPHER_iv_length(EVP_aes_128_cbc()), 1, in_file) != 1)
    {
        perror("input file");
        retval = 4;
        goto out_free;
    }

    if (!EVP_OpenInit(&ctx, EVP_aes_128_cbc(), ek, eklen, iv, pkey))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_OpenInit: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out_free;
    }

    while ((len = fread(buffer, 1, sizeof buffer, in_file)) > 0)
    {
        if (!EVP_OpenUpdate(&ctx, buffer_out, &len_out, buffer, len))
        {
            fprintf(stderr, "EVP_OpenUpdate: failed.\n");
            retval = 3;
            goto out_free;
        }

        if (fwrite(buffer_out, len_out, 1, out_file) != 1)
        {
            perror("output file");
            retval = 5;
            goto out_free;
        }
    }

    if (ferror(in_file))
    {
        perror("input file");
        retval = 4;
        goto out_free;
    }

    if (!EVP_OpenFinal(&ctx, buffer_out, &len_out))
    {
        fprintf(stderr, "EVP_OpenFinal: failed.\n");
        retval = 3;
        goto out_free;
    }

    if (fwrite(buffer_out, len_out, 1, out_file) != 1)
    {
        perror("output file");
        retval = 5;
        goto out_free;
    }

    out_free:
    EVP_PKEY_free(pkey);
    free(ek);

    out:
    return retval;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *rsa_pkey_file;
    int rv;

    if (argc < 2)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <PEM RSA Private Key File>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    rsa_pkey_file = fopen(argv[1], "rb");
    if (!rsa_pkey_file)
    {
        perror(argv[1]);
        fprintf(stderr, "Error loading PEM RSA Private Key File.\n");
        exit(2);
    }

    rv = do_evp_unseal(rsa_pkey_file, stdin, stdout);

    fclose(rsa_pkey_file);
    return rv;
}