由于某些需求, 需要研究一下加密解密的相关内容, 于是找到了 crypto++, 常见的加密算法, 这里面差不多都有了, 但是想用的话, 还是需要先补一下密码学相关的基础知识.
对等加密
对等加密 (Reciprocal cipher) 又称为对称密钥加密 (Symmetric-key algorithm), 对称加密, 私钥加密, 共享密钥加密, 是密码学中的一类加密算法. 该类密码的加密算法是它自己本身的逆反函数, 所以其解密算法等同于加密算法, 也就是说, 要还原对等加密的密文, 套用加密同样的算法即可得到明文. 换句话说, 若参数 (或密钥) 合适的话, 两次连续的对等加密运算后会回复原始文字. 在数学上, 这有时称之为对合. 在实际应用中, 体现为加密和解密使用同一个密钥, 或者知道一方密钥能够轻易计算出另一方密钥.
常见的对称加密算法有 DES, 3DES, AES, Blowfish, IDEA, RC4, RC5, RC6.
在对称钥匙密码学中, 加密和解密使用相同的钥匙, 也许对不同的信息使用不同的钥匙, 但都面临钥匙管理的难题. 由于每对通讯方都必须使用异于他组的钥匙, 当网络成员的数量增加时, 钥匙数量成二次方增加. 更尴尬的难题是: 当安全的通道不存在于双方时, 如何建立一个共有的钥匙以利安全的通讯? 如果有通道可以安全地建立钥匙, 何不使用现有的通道. 这个 “鸡生蛋, 蛋生鸡” 的矛盾是长年以来密码学无法在真实世界应用的阻碍.
公开密钥加密
公开密钥加密 (英语: Public-key cryptography, 也称为非对称(密钥)加密), 该思想最早由雷夫·莫寇 (Ralph C. Merkle) 在 1974 年提出, 之后在 1976 年. 狄菲 (Whitfield Diffie) 与赫尔曼 (Martin Hellman) 两位学者以单向函数与单向暗门函数为基础, 为发讯与收讯的两方创建密钥.
非对称密钥, 是指一对加密密钥与解密密钥, 这两个密钥是数学相关, 用某用户密钥加密后所得的信息, 只能用该用户的解密密钥才能解密. 如果知道了其中一个, 并不能计算出另外一个. 因此如果公开了一对密钥中的一个, 并不会危害到另外一个的秘密性质. 称公开的密钥为公钥; 不公开的密钥为私钥.
如果加密密钥是公开的, 这用于客户给私钥所有者上传加密的数据, 这被称作为公开密钥加密 (狭义). 例如, 网络银行的客户发给银行网站的账户操作的加密数据.
如果解密密钥是公开的, 用私钥加密的信息, 可以用公钥对其解密, 用于客户验证持有私钥一方发布的数据或文件是完整准确的, 接收者由此可知这条信息确实来自于拥有私钥的某人, 这被称作数字签名, 公钥的形式就是数字证书. 例如, 从网上下载的安装程序, 一般都带有程序制作者的数字签名, 可以证明该程序的确是该作者 (公司) 发布的而不是第三方伪造的且未被篡改过 (身份认证/验证).
常见的公钥加密算法有: RSA, ElGamal, 背包算法, Rabin (RSA的特例), 迪菲－赫尔曼密钥交换协议中的公钥加密算法, 椭圆曲线加密算法 (英语: Elliptic Curve Cryptography, ECC). 使用最广泛的是 RSA 算法 (由发明者 Rivest, Shmir 和 Adleman 姓氏首字母缩写而来) 是著名的公开金钥加密算法, ElGamal 是另一种常用的非对称加密算法。
与对称密钥加密相比, 优点在于无需共享的通用密钥, 解密的私钥不发往任何用户. 即使公钥在网上被截获, 如果没有与其匹配的私钥, 也无法解密, 所截获的公钥是没有任何用处的.
由于公开密钥加密能加密的数据与密钥长度相关, 所以通常不会直接使用公开密钥加密的方式来加密数据, 在数字签名中, RSA 是用来加密/解密原始数据的散列值的(如 MD5, SHA1). 而在加密数据时, 公开密钥加密是用来加密对等加密的密钥的. 下面来看 crypto++ 中具体的加密算法的应用.
AES
AES, 高级加密标准 (Advanced Encryption Standard，AES), 在密码学中又称 Rijndael 加密法, 是美国联邦政府采用的一种区块加密标准. 这个标准用来替代原先的 DES, 已经被多方分析且广为全世界所使用. 经过五年的甄选流程, 高级加密标准由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 于 2001 年 11 月 26 日发布于 FIPS PUB 197, 并在 2002 年 5 月 26 日成为有效的标准. 2006 年, 高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一.
分组加密 (Block cipher, 又称分块加密), 是一种对称密钥算法. 它将明文分成多个等长的模块 (block), 使用确定的算法和对称密钥对每组分别加密解密.
分组加密就要涉及到块密码的工作模式, AES 有 5 种块密码的工作模式, 分别是: 电子密码本 (ECB), 密码块链接 (CBC), 密文反馈 (CFB), 输出反馈 (OFB), 计数器模式(CTR), 各种优缺点详见块密码的工作模式.
下面是利用 crypto++ 实现 CBC 模式的 AES 加密/解密测试程序
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| #include <iostream>
#include "aes.h"
#include "modes.h"
#include "filters.h"
#include "osrng.h"
#include "hex.h"
int main(int argc, char* argv[]) {
using namespace CryptoPP;
AutoSeededRandomPool r;
byte key[AES::DEFAULT_KEYLENGTH];
byte iv[AES::BLOCKSIZE];
r.GenerateBlock(key, AES::DEFAULT_KEYLENGTH);
r.GenerateBlock(iv, AES::BLOCKSIZE);
std::string origin = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
std::string ciphertext;
std::cout << origin << "\n\n";
AES::Encryption aes_encryption(key, AES::DEFAULT_KEYLENGTH);
CBC_Mode_ExternalCipher::Encryption cbc_encryption(aes_encryption, iv);
StreamTransformationFilter encryptor(cbc_encryption, new StringSink(ciphertext));
encryptor.Put(reinterpret_cast<const unsigned char*>(origin.c_str()), origin.length());
encryptor.MessageEnd();
std::string encoded;
HexEncoder encoder;
encoder.Put((byte*)ciphertext.data(), ciphertext.size());
encoder.MessageEnd();
word64 encoder_size = encoder.MaxRetrievable();
if(encoder_size && encoder_size <= SIZE_MAX) {
encoded.resize(encoder_size);
encoder.Get((byte*)encoded.data(), encoded.size());
}
std::cout << encoded << "\n\n";
// send encoded to server
std::string decoded;
HexDecoder decoder;
decoder.Put((byte*)encoded.data(), encoded.size());
decoder.MessageEnd();
word64 decoder_size = decoder.MaxRetrievable();
if(decoder_size && decoder_size <= SIZE_MAX) {
decoded.resize(decoder_size);
decoder.Get((byte*)decoded.data(), decoded.size());
}
std::cout << decoded << "\n\n";
AES::Decryption aes_decryption(key, AES::DEFAULT_KEYLENGTH);
CBC_Mode_ExternalCipher::Decryption cbc_decryption(aes_decryption, iv);
std::string decrypted;
StreamTransformationFilter decryptor(cbc_decryption, new StringSink(decrypted));
decryptor.Put(reinterpret_cast<const unsigned char*>(decoded.c_str()), decoded.size());
decryptor.MessageEnd();
std::cout << decrypted << "\n\n";
return 0;
}
|
RSA
RSA 加密算法是一种非对称加密算法. 在公开密钥加密和电子商业中 RSA 被广泛使用. RSA 是 1977 年由罗纳德·李维斯特 (Ron Rivest), 阿迪·萨莫尔 (Adi Shamir) 和伦纳德·阿德曼 (Leonard Adleman) 一起提出的. 当时他们三人都在麻省理工学院工作. RSA 就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的.
1973 年, 在英国政府通讯总部工作的数学家克利福德·柯克斯 (Clifford Cocks) 在一个内部文件中提出了一个相同的算法, 但他的发现被列入机密, 一直到1997年才被发表.
对极大整数做因数分解的难度决定了 RSA 算法的可靠性. 换言之, 对一极大整数做因数分解愈困难, RSA 算法愈可靠. 尽管如此, 只有一些 RSA 算法的变种被证明为其安全性依赖于因数分解. 假如有人找到一种快速因数分解的算法的话, 那么用 RSA 加密的信息的可靠性就肯定会极度下降. 但找到这样的算法的可能性是非常小的. 今天只有短的 RSA 钥匙才可能被强力方式解破. 到 2008 年为止, 世界上还没有任何可靠的攻击 RSA 算法的方式. 只要其钥匙的长度足够长, 用 RSA 加密的信息实际上是不能被解破的.
下面是利用 crypto++ 实现的 RSA 测试程序
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| #include <iostream>
#include "hex.h"
#include "osrng.h"
#include "rsa.h"
int main(int argc, char* argv[]) {
using namespace CryptoPP;
AutoSeededRandomPool r;
InvertibleRSAFunction params;
params.GenerateRandomWithKeySize(r, 1024);
std::string origin = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
std::string ciphertext;
std::cout << origin << "\n\n";
RSA::PrivateKey private_key(params);
RSA::PublicKey public_key(params);
RSAES_OAEP_SHA_Encryptor e(public_key);
StringSource(origin, true, new CryptoPP::PK_EncryptorFilter(r, e, new CryptoPP::StringSink(ciphertext)));
std::string encoded;
HexEncoder encoder;
encoder.Put((byte*)ciphertext.data(), ciphertext.size());
encoder.MessageEnd();
word64 encoder_size = encoder.MaxRetrievable();
if(encoder_size && encoder_size <= SIZE_MAX) {
encoded.resize(encoder_size);
encoder.Get((byte*)encoded.data(), encoded.size());
}
std::cout << encoded << "\n\n";
// send encoded to server
std::string decoded;
HexDecoder decoder;
decoder.Put((byte*)encoded.data(), encoded.size());
decoder.MessageEnd();
word64 decoder_size = decoder.MaxRetrievable();
if(decoder_size && decoder_size <= SIZE_MAX) {
decoded.resize(decoder_size);
decoder.Get((byte*)decoded.data(), decoded.size());
}
std::cout << decoded << "\n\n";
std::string decrypted;
RSAES_OAEP_SHA_Decryptor d(private_key);
StringSource(decoded, true, new CryptoPP::PK_DecryptorFilter(r, d, new CryptoPP::StringSink(decrypted)));
std::cout << decrypted << "\n\n";
return 0;
}
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参考