openssl + ECDH + linux+开发详解（C++）

一、什么是ECDH

ECDH（Elliptic Curve Diffie-Hellman）是一种基于椭圆曲线密码学的密钥交换协议，用于在通信双方之间安全地协商共享密钥。ECDH是Diffie-Hellman密钥交换协议的一种变体，它利用椭圆曲线上的离散对数问题，提供了一种安全、高效的密钥协商方法。

ECDH的工作原理如下：

密钥生成： 每个通信方都有一对密钥，包括一个公钥和一个私钥。公钥可以公开分享，而私钥则必须保密。
协商阶段： 通信双方通过互相交换各自的公钥，并使用对方的公钥和自己的私钥生成一个共享的对称密钥。
密钥派生： 通过一系列算法，通信双方使用协商得到的共享密钥生成用于加密通信的对称密钥。

ECDH的优势在于它提供了与传统Diffie-Hellman相比更高的安全性，同时使用更短的密钥长度。这使得ECDH成为许多加密协议和安全通信标准的首选密钥交换机制之一，尤其是在资源受限的环境中（如移动设备和物联网设备）。

ECDH流程主要涉及密钥生成、协商阶段和密钥派生。以下是ECDH流程的说明和Mermaid流程图：

二、ECDH流程说明

密钥生成阶段：
- 通信方A生成自己的密钥对： ( A 私 , A 公 ) \ (A_{\text{私}} , A_{\text{公}}) (A私,A公)
- 通信方B生成自己的密钥对： ( B 私 , B 公 ) \ (B_{\text{私}} , B_{\text{公}}) (B私,B公)
协商阶段：
- A将自己的公钥 A 公 A_{\text{公}} A公发送给B
- B将自己的公钥 B 公 B_{\text{公}} B公发送给A
- A使用 ( B 公 ) \ ( B_{\text{公}} ) (B公) 和自己的 ( A 私 ) \ ( A_{\text{私}} ) (A私) 计算共享密钥 ( K AB ) \ ( K_{\text{AB}} ) (KAB)
- B使用 ( A 公 ) \ ( A_{\text{公}} ) (A公) 和自己的 ( B 私 ) \ ( B_{\text{私}} ) (B私) 计算共享密钥 ( K AB ) \ ( K_{\text{AB}} ) (KAB)
密钥派生阶段：
- 使用 ( K AB ) \ ( K_{\text{AB}} ) (KAB) 派生对称密钥 ( K symmetric ) \ ( K_{\text{symmetric}} ) (Ksymmetric) 用于加密通信

Mermaid流程图

A_B_Common B A A和B使用共享密钥派生对称密钥 A和B生成对称密钥 B 使用A的公钥和自己的私钥计算共享密钥 B 生成共享密钥 A 使用B的公钥和自己的私钥计算共享密钥 A 生成共享密钥 B 生成密钥对 B 生成公钥 B 将公钥发送给A A 生成密钥对 A 生成公钥 A 将公钥发送给B

此Mermaid流程图表示了ECDH协商的基本流程。在实际情况中，这只是ECDH过程的一个高层次的概述。在计算机科学和密码学中，ECDH涉及更多数学细节和安全性考虑。

三、开发实例

ECDH（Elliptic Curve Diffie-Hellman）是一种密钥协商协议，用于在通信双方之间协商共享密钥。以下是一个简单的ECDH实例，使用OpenSSL库和C++语言。

cpp 复制代码

#include <openssl/ec.h>
#include <openssl/ecdh.h>
#include <openssl/obj_mac.h>
#include <iostream>

int main() {
    // 初始化OpenSSL库
    OpenSSL_add_all_algorithms();

    // 选择椭圆曲线
    EC_KEY *ec_key = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);
    if (!ec_key) {
        std::cerr << "Error creating EC_KEY." << std::endl;
        return 1;
    }

    // 生成密钥对
    if (EC_KEY_generate_key(ec_key) != 1) {
        std::cerr << "Error generating key pair." << std::endl;
        EC_KEY_free(ec_key);
        return 1;
    }

    // 打印公钥的16进制表示
    const EC_POINT *pub_key_point = EC_KEY_get0_public_key(ec_key);
    BIGNUM *x = BN_new();
    BIGNUM *y = BN_new();
    EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(EC_KEY_get0_group(ec_key), pub_key_point, x, y, NULL);
    char *pub_key_hex_x = BN_bn2hex(x);
    char *pub_key_hex_y = BN_bn2hex(y);

    std::cout << "Public Key (X): " << pub_key_hex_x << std::endl;
    std::cout << "Public Key (Y): " << pub_key_hex_y << std::endl;

    // 计算共享密钥
    EC_KEY *ec_peer_key = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);
    if (!ec_peer_key) {
        std::cerr << "Error creating EC_PEER_KEY." << std::endl;
        BN_free(x);
        BN_free(y);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_x);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_y);
        EC_KEY_free(ec_key);
        return 1;
    }

    if (EC_KEY_generate_key(ec_peer_key) != 1) {
        std::cerr << "Error generating peer key pair." << std::endl;
        BN_free(x);
        BN_free(y);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_x);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_y);
        EC_KEY_free(ec_key);
        EC_KEY_free(ec_peer_key);
        return 1;
    }

    const EC_POINT *peer_pub_key_point = EC_KEY_get0_public_key(ec_peer_key);
    BIGNUM *peer_x = BN_new();
    BIGNUM *peer_y = BN_new();
    EC_POINT_get_affine_coordinates_GFp(EC_KEY_get0_group(ec_peer_key), peer_pub_key_point, peer_x, peer_y, NULL);

    if (ECDH_compute_key(x, BN_num_bits(x), peer_pub_key_point, ec_key, NULL) == -1) {
        std::cerr << "Error computing shared key." << std::endl;
        BN_free(x);
        BN_free(y);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_x);
        OPENSSL_free(pub_key_hex_y);
        BN_free(peer_x);
        BN_free(peer_y);
        EC_KEY_free(ec_key);
        EC_KEY_free(ec_peer_key);
        return 1;
    }

    char *shared_key_hex = BN_bn2hex(x);
    std::cout << "Shared Key: " << shared_key_hex << std::endl;

    // 释放资源
    BN_free(x);
    BN_free(y);
    OPENSSL_free(pub_key_hex_x);
    OPENSSL_free(pub_key_hex_y);
    BN_free(peer_x);
    BN_free(peer_y);
    OPENSSL_free(shared_key_hex);
    EC_KEY_free(ec_key);
    EC_KEY_free(ec_peer_key);

    // 清理OpenSSL库
    EVP_cleanup();
    CRYPTO_cleanup_all_ex_data();

    return 0;
}

这个示例中，我们使用了 OpenSSL 库的 ECDH 功能，通过椭圆曲线（NID_X9_62_prime256v1）生成了密钥对，并计算了共享密钥。请注意，这只是一个基本示例，实际应用中可能需要更多的安全性和错误处理。确保在实际应用中使用适当的错误处理和资源管理。