《openssl 编程》之 DH

来源：互联网发布：央视网络春晚编辑：程序博客网时间：2024/06/06 04:39

第十九章DH

19.1 DH算法介绍

DH算法是W.Diffie和M.Hellman提出的。此算法是最早的公钥算法。它实质是一个通信双方进行密钥协商的协议：两个实体中的任何一个使用自己的私钥和另一实体的公钥，得到一个对称密钥，这一对称密钥其它实体都计算不出来。DH算法的安全性基于有限域上计算离散对数的困难性。离散对数的研究现状表明：所使用的DH密钥至少需要1024位，才能保证有足够的中、长期安全。

首先，发送方和接收方设置相同的大数数n和g，这两个数不是保密的，他们可以通过非安全通道来协商这两个素数；

接着，他们用下面的方法协商密钥：

发送方选择一个大随机整数x，计算X= g^x mod n ，发送X给接收者；

接收方选择一个大随机整数y，计算Y = g^y mod n ，发送Y给发送方；

双方计算密钥：发送方密钥为k1=Y^x mod n，接收方密钥为k2=X^y mod n。

其中k1=k2=g^(xy) mod n。

其他人可以知道n、g、X和Y，但是他们不能计算出密钥，除非他们能恢复x和y。DH算法不能抵御中间人攻击，中间人可以伪造假的X和Y分别发送给双方来获取他们的秘密密钥，所以需要保证X和Y的来源合法性。

19.2 openssl的DH实现

Openssl的DH实现在crypto/dh目录中。各个源码如下：

1） dh.h

定义了DH密钥数据结构以及各种函数。

2) dh_asn1.c

DH密钥参数的DER编解码实现。

3） dh_lib.c

实现了通用的DH函数。

4） dh_gen.c

实现了生成DH密钥参数。

5） dh_key.c

实现openssl提供的默认的DH_METHOD，实现了根据密钥参数生成DH公私钥，以及根据DH公钥(一方)以及DH私钥(另一方)来生成一个共享密钥，用于密钥交换。

6）dh_err.c

实现了DH错误处理。

7） dh_check.c

实现了DH密钥检查。

19.3数据结构

DH数据结构定义在crypto/dh/dh.h中，主要包含两项，如下：

1) DH_METHOD

struct dh_method

{

const char *name;

int (*generate_key)(DH *dh);

int (*compute_key)(unsigned char *key,const BIGNUM *pub_key,DH *dh);

int (*bn_mod_exp)(const DH *dh, BIGNUM *r, const BIGNUM *a,

const BIGNUM *p, const BIGNUM *m, BN_CTX *ctx,

BN_MONT_CTX *m_ctx);

int (*init)(DH *dh);

int (*finish)(DH *dh);

int flags;

char *app_data;

int (*generate_params)(DH *dh, int prime_len, int generator, BN_GENCB *cb);

};

DH_METHOD指明了一个DH密钥所有的计算方法函数。用户可以实现自己的DH_METHOD来替换openssl提供默认方法。各项意义如下：

name：DH_METHOD方法名称。

generate_key：生成DH公私钥的函数。

compute_key：根据对方公钥和己方DH密钥来生成共享密钥的函数。

bn_mod_exp：大数模运算函数，如果用户实现了它，生成DH密钥时，将采用用户实现的该回调函数。用于干预DH密钥生成。

init：初始化函数。

finish：结束函数。

flags：用于记录标记。

app_data：用于存放应用数据。

generate_params：生成DH密钥参数的回调函数，生成的密钥参数是可以公开的。

2) DH

struct dh_st

{

/* 其他 */

BIGNUM *p;

BIGNUM *g;

long length; /* optional */

BIGNUM *pub_key;

BIGNUM *priv_key;

int references;

CRYPTO_EX_DATA ex_data;

const DH_METHOD *meth;

ENGINE *engine;

/* 其他 */

};

p、g、length：DH密钥参数；

pub_key：DH公钥；

priv_key：DH私钥；

references：引用；

ex_data：扩展数据；

meth：DH_METHOD，本DH密钥的各种计算方法，明确指明了DH的各种运算方式；

engine：硬件引擎。

19.4 主要函数

1） DH_new

生成DH数据结构，其DH_METHOD采用openssl默认提供的。

2） DH_free

释放DH数据结构。

3） DH_generate_parameters

生成DH密钥参数。

4） DH_generate_key

生成DH公私钥。

5） DH_compute_key

计算共享密钥，用于数据交换。

6） DH_check

检查DH密钥。

7） DH_get_default_method

获取默认的DH_METHOD，该方法是可以由用户设置的。

8） DH_get_ex_data

获取DH结构中的扩展数据。

9) DH_new_method

生成DH数据结构。

10）DH_OpenSSL

获取openssl提供的DH_METHOD。

11）DH_set_default_method

设置默认的DH_METHOD方法，当用户实现了自己的DH_METHOD时，可调用本函数来设置，控制DH各种计算。

12）DH_set_ex_data

获取扩展数据。

13）DH_set_method

替换已有的DH_METHOD。

14）DH_size

获取DH密钥长度的字节数。

15) DH_up_ref

增加DH结构的一个引用。

16）DHparams_print

将DH密钥参数输出到bio中。

17) DHparams_print_fp

将DH密钥参数输出到FILE中。

19.5 编程示例

#include <openssl/dh.h>

#include <memory.h>

int main()

{

DH *d1,*d2;

BIO *b;

int ret,size,i,len1,len2;

char sharekey1[128],sharekey2[128];

/* 构造DH数据结构 */

d1=DH_new();

d2=DH_new();

/* 生成d1的密钥参数，该密钥参数是可以公开的 */

ret=DH_generate_parameters_ex(d1,64,DH_GENERATOR_2,NULL);

if(ret!=1)

{

printf("DH_generate_parameters_ex err!\n");

return -1;

}

/* 检查密钥参数 */

ret=DH_check(d1,&i);

if(ret!=1)

{

printf("DH_check err!\n");

if(i&DH_CHECK_P_NOT_PRIME)

printf("p value is not prime\n");

if(i&DH_CHECK_P_NOT_SAFE_PRIME)

printf("p value is not a safe prime\n");

if (i&DH_UNABLE_TO_CHECK_GENERATOR)

printf("unable to check the generator value\n");

if (i&DH_NOT_SUITABLE_GENERATOR)

printf("the g value is not a generator\n");

}

printf("DH parameters appear to be ok.\n");

/* 密钥大小 */

size=DH_size(d1);

printf("DH key1 size : %d\n",size);

/* 生成公私钥 */

ret=DH_generate_key(d1);

if(ret!=1)

{

printf("DH_generate_key err!\n");

return -1;

}

/* p和g为公开的密钥参数，因此可以拷贝 */

d2->p=BN_dup(d1->p);

d2->g=BN_dup(d1->g);

/* 生成公私钥,用于测试生成共享密钥 */

ret=DH_generate_key(d2);

if(ret!=1)

{

printf("DH_generate_key err!\n");

return -1;

}

/* 检查公钥 */

ret=DH_check_pub_key(d1,d1->pub_key,&i);

if(ret!=1)

{

if (i&DH_CHECK_PUBKEY_TOO_SMALL)

printf("pub key too small \n");

if (i&DH_CHECK_PUBKEY_TOO_LARGE)

printf("pub key too large \n");

}

/* 计算共享密钥 */

len1=DH_compute_key(sharekey1,d2->pub_key,d1);

len2=DH_compute_key(sharekey2,d1->pub_key,d2);

if(len1!=len2)

{

printf("生成共享密钥失败1\n");

return -1;

}

if(memcmp(sharekey1,sharekey2,len1)!=0)

{

printf("生成共享密钥失败2\n");

return -1;

}

printf("生成共享密钥成功\n");

b=BIO_new(BIO_s_file());

BIO_set_fp(b,stdout,BIO_NOCLOSE);

/* 打印密钥 */

DHparams_print(b,d1);

BIO_free(b);

DH_free(d1);

DH_free(d2);

return 0;

}

本例主要演示了生成DH密钥以及密钥交换函数。

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