【crypto++使用】使用crypto++库函数运行RSA非对称加密

宇宙修理员2023-08-29 13:57

系列文章目录

1.（全网最详细攻略）【Crypto++】在Visual studio2022中运行Cryptopp

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前言

crypto++是一个开源密码学函数库，里面含有很多加密函数的库供大家引用，在官网中也能看到许多代码示范样例。

本文将记录如何使用开发环境：visual studio，引用crypto++的库编写RSA加密的代码。

一、RSA加密过程、步骤

RSA的安全性依赖于大数分解，由于进行的都是大数计算，使得RSA最快的情况也比DES慢上好几倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。多用于数字签名。下面是数字签名的步骤：

  • 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。

  1. 加密：公钥加密，私钥解密。
  2. 数字签名：私钥数字签名，公钥验证。

可学习的网址

RSA原理：这个网址讲得详细，可参考学习

crypto++官网中RSA的相关代码：RSA Cryptography

这个博主写的代码很详细：RSA封装代码学习

二、代码部分

1.visual studio编程注意

在visual studio中，仅支持一个main函数，所以使用多个完整的cpp结构编写源代码将无法正确运行。

正确做法：封装。编写一个主函数main。cpp，使用多个头文件xxx.h编写头文件和函数声明部分，使用多个xxx.cpp编写函数定义部分，在main.cpp中集中调用。

一个标准案例提供给大家

如何在VisualStdio中运行一个包含多个源文件的程序

2.RSA密钥生成

c 复制代码 
void GenerateKeys(AutoSeededRandomPool rng, InvertibleRSAFunction parameters) {
	
	parameters.GenerateRandomWithKeySize(rng, 1024);

	RSA::PrivateKey privateKey(parameters);
	RSA::PublicKey publicKey(parameters);
}

思考：

此处使用void作为函数返回值是不对的，因为我们要产生一对公私钥密钥对。所以我们应该使用什么来接收结果（公钥，私钥）？

需要构造结构体！

cpp 复制代码 
struct key
{
	RSA::PrivateKey private_key;
	RSA::PublicKey public_key;
};

MyRSA.h

cpp 复制代码 
struct key
{
	RSA::PrivateKey private_key;
	RSA::PublicKey public_key;
};

key generate_key(unsigned int key_size = 2048);

RSA.cpp

cpp 复制代码 
#include "MyRSA.h"

/**
 * \brief 生成密钥对
 * \param key_size
 * \return
 */
key generate_key(const unsigned int key_size)	//钥匙的长度，通常是2048以上，越大相对越安全，但相对的运算越久
{
	AutoSeededRandomPool rng;	//伪随机数
	InvertibleRSAFunction params;
	params.GenerateRandomWithKeySize(rng, key_size);
	key keys;
	keys.private_key = params;
	keys.public_key = params;	//根据这个参数产生配对的公钥、密钥并返回这个集合

	return keys;
}

3.关于RSA的五个基本函数

  • 生成密钥对
  • 加密
  • 解密
  • 私钥签名
  • 公钥验证签名

完整代码如下：

initializeCrypto.h

cpp 复制代码 
/*
 *
 *  Created on: 2023-8-28
 *      Author: Chen Jingyan
 */

#include "cryptlib.h"
using namespace CryptoPP;

MyRSA.h

cpp 复制代码 
#ifndef CRYPTO_RSA_H
#define CRYPTO_RSA_H

#include"initializeCrypto.h"
#include "pssr.h"
#include "rsa.h"
#include "osrng.h"

struct key
{
	RSA::PrivateKey private_key;
	RSA::PublicKey public_key;
};

key generate_key(unsigned int key_size = 2048);

bool rsa_encrypt(const std::string& plain, RSA::PublicKey& public_key, std::string& cipher);

bool rsa_decrypt(const std::string& cipher, RSA::PrivateKey& private_key, std::string& recovered);

bool rsa_signature(const std::string& plain, RSA::PrivateKey& private_key, std::string& signature);

bool rsa_verify(const std::string& cipher_sign, RSA::PublicKey& public_key, std::string& recovered);

#endif

RSA.CPP

CPP 复制代码 
#include "MyRSA.h"

/**
 * \brief 生成密钥对
 * \param key_size
 * \return
 */
key generate_key(const unsigned int key_size)	//钥匙的长度，通常是2048以上，越大相对越安全，但相对的运算越久
{
	AutoSeededRandomPool rng;	//伪随机数
	InvertibleRSAFunction params;
	params.GenerateRandomWithKeySize(rng, key_size);
	key keys;
	keys.private_key = params;
	keys.public_key = params;	//根据这个参数产生配对的公钥、密钥并返回这个集合

	return keys;
}

/**
 * \brief RSA加密（OAEP方案） 最佳非对称加密填充（OAEP）
 * \param plain 待加密原文
 * \param public_key 公钥
 * \param cipher 密文
 * \return 加密成功或失败
 */
bool rsa_encrypt(const std::string& plain,  RSA::PublicKey& public_key, std::string& cipher)
{
	try
	{
		 AutoSeededRandomPool rng;
		const  RSAES_OAEP_SHA_Encryptor encrypt(public_key);
		 StringSource ss_1(plain, true, new  PK_EncryptorFilter(rng, encrypt, new  StringSink(cipher)));
	}
	catch (...)
	{
		return false;
	}

	return true;
}

/**
 * \brief RSA解密（OAEP方案）
 * \param cipher 密文
 * \param private_key 密钥
 * \param recovered 恢复的原文
 * \return 恢复成功或失败
 */
bool rsa_decrypt(const std::string& cipher,  RSA::PrivateKey& private_key, std::string& recovered)
{
	try
	{
		 AutoSeededRandomPool rng;
		const RSAES_OAEP_SHA_Decryptor decrypt(private_key);
		 StringSource ss_2(cipher, true, new  PK_DecryptorFilter(rng, decrypt, new  StringSink(recovered)));
	}
	catch (...)
	{
		return false;
	}
	return true;
}

/**
 * \brief：签名
 * \param plain
 * \param private_key
 * \param signature
 * \return
 */
bool rsa_signature(const std::string& plain,  RSA::PrivateKey& private_key, std::string& signature)
{
	try
	{
		 AutoSeededRandomPool rng;
		const  RSASS< PSS,  SHA256>::Signer signer(private_key);
		 StringSource ss_1(plain, true, new  SignerFilter(rng, signer, new  StringSink(signature)));
	}
	catch (...)
	{
		return false;
	}
	return true;
}

/**
 * \brief：公钥验证签名
 * \param cipher_sign
 * \param public_key
 * \param recovered
 * \return true/faluse
 */
bool rsa_verify(const std::string& cipher_sign,  RSA::PublicKey& public_key, std::string& recovered)
{
	try
	{
		const  RSASS< PSS,  SHA256>::Verifier verifier(public_key);
		 StringSource ss_2(cipher_sign, true,
			new  SignatureVerificationFilter(verifier,
				new  StringSink(recovered),  SignatureVerificationFilter::THROW_EXCEPTION |  SignatureVerificationFilter::PUT_MESSAGE));
	}
	catch (...)
	{
		return false;
	}
	return true;
}

main.cpp

cpp 复制代码 
#include "timeSpan.h"
#include"MyRsa.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
/*RSA加密*/
	
	key keys = generate_key();

	const string plain = "HelloWorld";
	string cipher, recovered;

	if (rsa_encrypt(plain, keys.public_key, cipher))
	{
		if (rsa_decrypt(cipher, keys.private_key, recovered))
		{
			cout << "Cipher: " << endl;
			for (const auto& x : cipher)
			{
				cout
					<< setfill('0')
					<< setw(2)
					<< setiosflags(ios::uppercase)
					<< hex << static_cast<unsigned int>(static_cast<unsigned char>(x))
					<< " ";
			}
			cout << "Recovered message: " << recovered << endl;
		}
	}
return 0；
}

VS 使用技巧总结

1. VS修改每次新建源文件或头文件时将自动添加写好的注释内容.

步骤：

  1. 根据下面地址找到文件newc++file.cpp：
    D:\visual studio\Common7\IDE\VC\VCProjectItems\newc++file.cpp
  2. 将其复制到桌面，然后用记事本方式打开；
  3. 修改注释内容，下面给一个例子：
cpp 复制代码 
/*
 *  file name:
 *
 *  Created on: 2023--
 *      Author: 宇宙修理员
 */
  1. 保存后，将桌面文件复制回去步骤1的地址中，将原来文件覆盖。

2. 一次性修改所有相关命令

  1. 选定要修改的命令，ctrl+H，出现下面这个搜索框
  2. 输入空格，点击"全部替换"图标。
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