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基于cyptopp库的rsa加解密详解

来源：互联网 发布：航空公司订票系统java 编辑：程序博客网 时间：2024/06/07 07:19

本文转载自博客：http://blog.csdn.net/u010718606/article/details/52328592

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基于cyptopp库的rsa加解密详解

原创 2016年08月26日 17:21:14
  • 标签：
  • rsa/
  • cyptopp

编译Cryptopp

编译过程没有什么特别，需要注意的是，如果使用dll版本的库，只包含IPS认证的算法，而编译静态链接库则包含全部算法，具体参考[1,2]。

  • cryptopp - This builds the DLL. Please note that if you wish to use Crypto++ as a FIPS validated module, you must use a pre-built DLL that has undergone the FIPS validation process instead of building your own.
  • dlltest - This builds a sample application that only uses the DLL.
  • cryptest Non-DLL-Import Configuration - This builds the full static library along with a full test driver.
  • cryptest DLL-Import Configuration - This builds a static library containing only algorithms not in the DLL, along with a full test driver that uses both the DLL and the static library.

本人编译的lib库大小为50多M。

RSA算法介绍

关于rsa算法的介绍可以参考阮一峰的两篇两篇博文，在文末[3,4]以列出。
在RSA算法中有几个需要注意的点，我罗列一下：

非对称加密:对称加密算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥；而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，进行加密）和私有密钥（private key，用于解密）。

RSA用途：RSA加密算法除了用于少量数据加密之外，最主要的应用就是数字签名。

数字签名：包含3个步骤。详见[5]：

  • 待发送消息（message）利用Hash函数，生成信息的摘要；
  • 私钥加密摘要，生成”数字签名”（signature）
  • 发送message+signature
  • 公钥解密签名
  • message重新生成摘要，与发送过来的摘要进行比较

公钥和私钥：公钥和私钥是成对的，它们互相解密。公钥加密，私钥解密。私钥数字签名，公钥验证。

RSA秘钥长度：cyptopp至少要求秘钥长度为1024；秘钥长度即为n值大小，即n=128byte

明文长度：一般应小于等于密钥长度（Bytes）-11，末尾采用填充。

解决长度限制:主要有2种方式

  • 先用对称加密算法（AES/DES等）加密数据，然后用RSA公钥加密对称加密密钥，用RSA的私钥解密得到对称加密的密钥，然后完成反向操作得到明文。
  • 分段进行RSA加密

示例代码

加密与解密

#include "rsa.h"using CryptoPP::RSA;using CryptoPP::InvertibleRSAFunction;using CryptoPP::RSAES_OAEP_SHA_Encryptor;using CryptoPP::RSAES_OAEP_SHA_Decryptor;#include "sha.h"using CryptoPP::SHA1;#include "filters.h"using CryptoPP::StringSink;using CryptoPP::StringSource;using CryptoPP::PK_EncryptorFilter;using CryptoPP::PK_DecryptorFilter;#include "files.h"using CryptoPP::FileSink;using CryptoPP::FileSource;#include "osrng.h"using CryptoPP::AutoSeededRandomPool;#include "SecBlock.h"using CryptoPP::SecByteBlock;#include "cryptlib.h"using CryptoPP::Exception;using CryptoPP::DecodingResult;using CryptoPP::PrivateKey;using CryptoPP::PublicKey;using CryptoPP::BufferedTransformation;#include <string>using std::string;#include <stdexcept>using std::runtime_error;#include <exception>using std::exception;#include <iostream>using std::cout;using std::cerr;using std::endl;#include <queue.h>using CryptoPP::ByteQueue;#include <integer.h>using CryptoPP::Integer;#include <base64.h>using CryptoPP::Base64Encoder;using CryptoPP::Base64Decoder;#include <assert.h>//////////////////////////////////////////////////保存公钥和私钥void SavePrivateKey(const string& filename, const PrivateKey& key);void SavePublicKey(const string& filename, const PublicKey& key);//////////////////////////////////////////////////base64编码void SaveBase64PrivateKey(const string& filename, const PrivateKey& key);void SaveBase64PublicKey(const string& filename, const PublicKey& key);//////////////////////////////////////////////////保存void Save(const string& filename, const BufferedTransformation& bt);void SaveBase64(const string& filename, const BufferedTransformation& bt);//读取keyvoid LoadPrivateKey(const string& filename, PrivateKey& key);void LoadPublicKey(const string& filename, PublicKey& key);void LoadBase64PrivateKey(const string& filename, PrivateKey& key);void LoadBase64PublicKey(const string& filename, PublicKey& key);void LoadBase64(const string& filename, BufferedTransformation& bt);void Load(const string& filename, BufferedTransformation& bt);int main(int argc, char* argv[]){    try    {        ////////////////////////////////////////////////        // 生成私钥和公钥         AutoSeededRandomPool rng;        InvertibleRSAFunction parameters;        parameters.GenerateRandomWithKeySize( rng, 1024 ); //生成1024bit密钥，即n=128byte        const Integer& n = parameters.GetModulus();        const Integer& p = parameters.GetPrime1();        const Integer& q = parameters.GetPrime2();        const Integer& d = parameters.GetPrivateExponent();        const Integer& e = parameters.GetPublicExponent();        cout << "RSA Parameters:" << endl;        cout << " n: " << std::hex << n << endl;    //n=p*q        cout << " p: " << std::hex << p << endl;    //p        cout << " q: " << std::hex << q << endl;    //q        cout << " d: " << std::hex << d << endl;            cout << " e: " << std::hex << e << endl;    //e默认是17,原因不明        cout << endl;         //生成公钥和私钥        RSA::PrivateKey privateKey( parameters );//私钥用于加密(n,d)        RSA::PublicKey  publicKey( parameters ); //公钥用于解密(n,e)        //默认使用ASN.1 DER编码        //SavePrivateKey("rsa-private.key", privateKey);        //SavePublicKey("rsa-public.key", publicKey);        ////////////////////////////////////////////////        //输出privateKey        //ByteQueue queue;        //privateKey.Save(queue);        ////////////////////////////////////////////////        //保存private_key到char[]中，        //注意char[]长度要足够        //注意这里privateKey不仅包括n和d        //是使用ASN.1 DER编码的字符数组        //char private_key_der_string[1024];        //size_t size = queue.MaxRetrievable();        //queue.Get((byte*)private_key_der_string,size);        //for(int i=0;i<1024;i++)        //  cout << std::hex << ((int)private_key_der_string[i]&0xff) << " ";        ////////////////////////////////////////////////        //保存private_key到string中，        //注意要预留string size        //string private_key_der_string;        //size_t size = queue.MaxRetrievable();        //if(size)        //{        //  private_key_der_string.resize(size);                //  queue.Get((byte*)private_key_der_string.data(),         //              private_key_der_string.size());        //}         //for(auto it = private_key_der_string.begin();        //      it!=private_key_der_string.end(); it++)        //  cout<< std::hex << (*it & 0xff);     //16进制输出char自动转int，需要截断字节        //cout << endl << endl;        ////////////////////////////////////////////////        //StringSource参数：(原始字符串, 长度, 变换方式filter)        //使用filter将char[]转存为base64编码        //string bs64_private_key;        //StringSource ss(private_key_der_string, true,        //  new Base64Encoder(  //base64编码器        //      new StringSink(bs64_private_key)    //保存到bs64_private_key        //      )         //  );         //cout << bs64_private_key << endl;        ////////////////////////////////////////////////        //保存base64 key到文件        SaveBase64PrivateKey("rsa-base64-private.key", privateKey);        SaveBase64PublicKey("rsa-base64-public.key", publicKey);        //////////////////////////////////////////////////        //=================分割线=======================//        //////////////////////////////////////////////////        ////////////////////////////////////////////////        //读取bs64保存的privateKey和publicKey        //RSA::PrivateKey private_Key;        RSA::PublicKey  public_Key;        //LoadBase64PrivateKey("rsa-base64-private.key", private_Key);        LoadBase64PublicKey("rsa-base64-public.key", public_Key);        string text= "你好世界", encrypted_text, decrypted_text;         ////////////////////////////////////////////////         // 公钥加密         // 这里为了验证有效性        // 直接使用生成的publicKey        RSAES_OAEP_SHA_Encryptor encryptor( public_Key );        StringSource( text, true,            new PK_EncryptorFilter( rng, encryptor,                new StringSink( encrypted_text )            )          );         // 私钥解密         RSAES_OAEP_SHA_Decryptor decryptor( privateKey );        StringSource( encrypted_text, true,            new PK_DecryptorFilter( rng, decryptor,                new StringSink( decrypted_text )            )         );        cout << decrypted_text << endl;        //assert( text == decrypted_text );    }    catch( CryptoPP::Exception& e )    {        cerr << "Caught Exception..." << endl;        cerr << e.what() << endl;    }    system("pause");    return 0;}void Save(const string& filename, const BufferedTransformation& bt){    FileSink file(filename.c_str());    bt.CopyTo(file);    file.MessageEnd();}void SaveBase64(const string& filename, const BufferedTransformation& bt){    Base64Encoder encoder;    bt.CopyTo(encoder);    encoder.MessageEnd();    Save(filename, encoder);}void SavePrivateKey(const string& filename, const PrivateKey& key){    ByteQueue queue;    key.Save(queue);    Save(filename, queue);}void SavePublicKey(const string& filename, const PublicKey& key){    ByteQueue queue;    key.Save(queue);    Save(filename, queue);}void SaveBase64PrivateKey(const string& filename, const PrivateKey& key){    ByteQueue queue;    key.Save(queue);    SaveBase64(filename, queue);}void SaveBase64PublicKey(const string& filename, const PublicKey& key){    ByteQueue queue;    key.Save(queue);    SaveBase64(filename, queue);}void LoadPrivateKey(const string& filename, PrivateKey& key){    ByteQueue queue;    Load(filename, queue);    key.Load(queue);    }void LoadPublicKey(const string& filename, PublicKey& key){    ByteQueue queue;    Load(filename, queue);    key.Load(queue);    }void Load(const string& filename, BufferedTransformation& bt){    FileSource file(filename.c_str(), true /*pumpAll*/);    file.TransferTo(bt);    bt.MessageEnd();}void LoadBase64(const string& filename, BufferedTransformation& bt){    Base64Decoder decoder;    Load(filename,decoder);    decoder.CopyTo(bt);    bt.MessageEnd();}void LoadBase64PrivateKey(const string& filename, PrivateKey& key){    ByteQueue queue;    LoadBase64(filename, queue);    key.Load(queue);    }void LoadBase64PublicKey(const string& filename, PublicKey& key){    ByteQueue queue;    LoadBase64(filename, queue);    key.Load(queue);    }
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注意：
下面是生成的一组秘钥值，30开头的值是密钥的保存形式。查看源代码，可以发现其内部是使用默认使用ASN.1 DER编码进行持久化。
这里写图片描述
利用dumpans1，可以对DER编码进行解释。图片中的红框部分为密钥种的N值部分。
这里写图片描述

数字签名

#include "stdafx.h"#include "rsa.h"using CryptoPP::RSA;using CryptoPP::RSASS;using CryptoPP::InvertibleRSAFunction;#include "pssr.h"using CryptoPP::PSS;#include "sha.h"using CryptoPP::SHA1;#include "files.h"using CryptoPP::FileSink;using CryptoPP::FileSource;#include "filters.h"using CryptoPP::SignerFilter;using CryptoPP::SignatureVerificationFilter;using CryptoPP::StringSink;using CryptoPP::StringSource;using CryptoPP::Integer;#include "osrng.h"using CryptoPP::AutoSeededRandomPool;#include "SecBlock.h"using CryptoPP::SecByteBlock;#include <string>using std::string;#include <iostream>using std::cout;using std::endl;#include <sha.h>using CryptoPP::SHA;int main(int argc, char* argv[]){    try    {        ////////////////////////////////////////////////        // 伪随机数生成器        AutoSeededRandomPool rng;        InvertibleRSAFunction parameters;        parameters.GenerateRandomWithKeySize( rng, 1024 );        ///////////////////////////////////////        // 生成私钥和公钥        RSA::PrivateKey privateKey( parameters );       //(n,e)        RSA::PublicKey  publicKey( parameters );        //(n,d)        // 发送消息        string message = "Hello,world!";        string signature;        // 生成摘要        SHA hash;        //byte digest[SHA::DIGESTSIZE];        string digest;        digest.resize(SHA::DIGESTSIZE);        hash.CalculateDigest((byte*)digest.data(),(byte*)message.data(),message.length());        // 输出摘要        for(auto it = digest.begin(); it!=digest.end(); it++)            cout<< std::hex << (*it & 0xff);     //16进制输出char自动转int，需要截断字节        cout << endl << endl;        ////////////////////////////////////////////////        // 利用私钥进行签名        RSASS<PSS, SHA1>::Signer signer( privateKey );        StringSource( digest, true,            new SignerFilter( rng, signer,                new StringSink( signature )            ) // SignerFilter        ); // StringSource        // 输出摘要加密结果        for(auto it = signature.begin(); it!=signature.end(); it++)            cout<< std::hex << (*it & 0xff);     //16进制输出char自动转int，需要截断字节        cout << endl << endl;        ////////////////////////////////////////////////        // 利用公钥校验与恢复        RSASS<PSS, SHA1>::Verifier verifier( publicKey );        StringSource( digest+signature, true,            new SignatureVerificationFilter(                verifier, NULL,                SignatureVerificationFilter::THROW_EXCEPTION            ) // SignatureVerificationFilter        ); // StringSource    } //SignatureVerificationFilter::THROW_EXCEPTION 验证失败抛出异常    catch( CryptoPP::Exception& e ) {        std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;    }    system("pause");    return 0;}
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参考

[1]http://www.codegur.me/37488545/how-to-build-crypto-5-6-2-in-msvc2013-for-qt
[2]http://cryptopp.com/wiki/Fips_dll
[3]http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.html
[4]http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html
[5]http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html
[6]http://www.office68.com/computer/10174.html


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