调用openssl实现加解密算法

由于工作中涉及到加解密，包括Hash（SHA256）算法、HMAC_SHA256 算法、ECDH算法、ECC签名算法、AES/CBC 128算法一共涉及5类算法，笔者通过查询发现openssl库以上算法都支持，索性借助openssl库实现上述5类算法。笔者用的openssl库版本为 OpenSSL 1.1.1k 。

Hash(SHA256)算法

算法代码如下：

cpp 复制代码

#include <openssl/sha.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <sstream>
#include <vector>

// 将字节数组转换为十六进制字符串
// 将字节数组转换为十六进制字符串
std::string bytesToHex(const unsigned char* bytes, size_t length) {
    std::stringstream ss;
    ss << std::hex << std::setfill('0');
    for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
        ss << std::setw(2) << (int)bytes[i];
    }
    return ss.str();
}

int main() {
    // 原数据
    const std::string data = "6572B36A91E28FB900134C3010C445437DC04D04";
    
    // 创建一个SHA256上下文
    SHA256_CTX sha256;
    SHA256_Init(&sha256);
    
    // 更新上下文以包含要哈希的数据
    SHA256_Update(&sha256, data.c_str(), data.size());
    
    // 计算哈希值
    unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];
    SHA256_Final(hash, &sha256);
    
    // 将哈希值转换为十六进制字符串并输出
    std::string hashHex = bytesToHex(hash, SHA256_DIGEST_LENGTH);
    std::cout << "SHA256 hash: " << hashHex << std::endl;
    
    return 0;
}

运行结果如下：

HMAC_SHA256 算法

算法代码如下：

cpp 复制代码

#include <openssl/hmac.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <sstream>
#include <cstring>

// 将字节数组转换为十六进制字符串
std::string bytesToHex(const unsigned char* bytes, size_t length) {
    std::stringstream ss;
    ss << std::hex << std::setfill('0');
    for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
        ss << std::setw(2) << (int)bytes[i];
    }
    return ss.str();
}

int main() {
    // 要进行HMAC的数据
    const std::string data = "374D34303534424E39323330351000FFFFFFFFFF";
    // HMAC的密钥
    const std::string key = "c0df3585876ac6bb02bf6347b3654993";
    
    // 输出缓冲区
    unsigned char* hmacResult = new unsigned char[EVP_MAX_MD_SIZE];
    unsigned int hmacLen = 0;
    
    // 使用HMAC_SHA256进行计算
    HMAC_CTX* hmacCtx = HMAC_CTX_new();
    HMAC_Init_ex(hmacCtx, key.data(), key.size(), EVP_sha256(), NULL);
    HMAC_Update(hmacCtx, (unsigned char*)data.data(), data.size());
    HMAC_Final(hmacCtx, hmacResult, &hmacLen);
    
    // 将HMAC结果转换为十六进制字符串并输出
    std::string hmacHex = bytesToHex(hmacResult, hmacLen);
    std::cout << "HMAC_SHA256: " << hmacHex << std::endl;
    
    // 清理资源
    HMAC_CTX_free(hmacCtx);
    delete[] hmacResult;
    
    return 0;
}

执行结果如下：

ECDH算法

这个算法没有找到网页端的在线工具验证，但是笔者根据我们这次给的案例验证如下：

笔者感觉上述给的最终生成的会话秘钥应该有问题，生成的会话秘钥应该是256bit。

算法代码如下：

cpp 复制代码

#include <openssl/ec.h>
#include <openssl/bn.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <sstream>

using namespace std;

// 辅助函数，用于将十六进制字符串转换为 BIGNUM
BIGNUM* hex_to_BN(const std::string& hex) {
    BIGNUM* bn = BN_new();
    if (!BN_hex2bn(&bn, hex.c_str())) {
        BN_free(bn);
        throw std::runtime_error("Failed to convert hex to BIGNUM");
    }
    return bn;
}

// 辅助函数，用于打印会话密钥
void print_session_key(const unsigned char* key, size_t key_len) {
    std::stringstream ss;
    ss << "Session Key: ";
    for (size_t i = 0; i < key_len; ++i) {
        ss << std::hex << std::setw(2) << std::setfill('0') << (int)key[i];
    }
    std::cout << ss.str() << std::endl;
}

int main() {
	
    // 私钥十六进制串
    std::string privateKeyHex = "5904507894591f4b39308a51d5e2e25566a66366b1d6d952fba17de3af19235f";
    // 对端公钥十六进制串
    std::string publicKeyHex = "04fef2f1a2a0df9f75cda6e36268b7f62749cae378b7a5b9f311add58beaeadf3e49e41ac2acede766a21feaf354119f70ec3587f1054a1286ba08a1d866ef40ed";

    // 创建 EC_KEY 对象，使用 secp256r1 曲线
    EC_KEY* eckey = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);
    if (!eckey) {
        std::cerr << "Error creating EC key with secp256r1 curve" << std::endl;
        return 1;
    }
	
    // 设置私钥
    BIGNUM* privateKeyBN = hex_to_BN(privateKeyHex);
	
    if (!EC_KEY_set_private_key(eckey, privateKeyBN)) {
        std::cerr << "Error setting private key" << std::endl;
        BN_free(privateKeyBN);
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }
    BN_free(privateKeyBN); // EC_KEY_set_private_key 会复制 BN，所以可以安全释放

    // 解析对端公钥
    const EC_GROUP* group = EC_KEY_get0_group(eckey);
    EC_POINT* pubKeyPoint = EC_POINT_new(group);
    if (!EC_POINT_hex2point(group, publicKeyHex.c_str(), pubKeyPoint, NULL)) {
        std::cerr << "Error parsing public key" << std::endl;
        EC_POINT_free(pubKeyPoint);
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }

    // 执行 ECDH 密钥交换
    unsigned char* session_key1 = (unsigned char*)OPENSSL_malloc(32);
	if (session_key1 == NULL) {
        std::cerr << "Error allocating memory for session keys" << std::endl;
        OPENSSL_free(session_key1);
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }
	
	int ret = ECDH_compute_key(session_key1, 32, pubKeyPoint, eckey, NULL);
    if (ret < 0) {
        std::cerr << "Error computing shared secret" << std::endl;
        OPENSSL_free(session_key1);
        EC_POINT_free(pubKeyPoint);
        EC_KEY_free(eckey);
        return 1;
    }

    // 将共享密钥转换为十六进制字符串并打印
     print_session_key(session_key1, 32);

    // 清理资源
    OPENSSL_free(session_key1);
    EC_POINT_free(pubKeyPoint);
    EC_KEY_free(eckey);

    return 0;
}

执行结果为：

ECC签名算法

算法代码如下：

cpp 复制代码

#include <openssl/ec.h>
#include <openssl/ecdsa.h>
#include <openssl/obj_mac.h>
#include <openssl/sha.h>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/bn.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/err.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstring>

// 将十六进制字符串转换为字节数组
std::vector<unsigned char> hex2bytes(const std::string& hex) {
    std::vector<unsigned char> bytes;
    for (size_t i = 0; i < hex.length(); i += 2) {
        std::string byteString = hex.substr(i, 2);
        unsigned char byte = (unsigned char) strtol(byteString.c_str(), nullptr, 16);
        bytes.push_back(byte);
    }
    return bytes;
}

// 验证ECDSA签名
bool verify_ecdsa_signature(const std::string& public_key_hex, const std::string& data_hex, const std::string& signature_hex) {
    // 将十六进制字符串转换为字节数组
    std::vector<unsigned char> public_key_bytes = hex2bytes(public_key_hex);
    std::vector<unsigned char> data_bytes = hex2bytes(data_hex);
    std::vector<unsigned char> signature_bytes = hex2bytes(signature_hex);

    // 创建EC_KEY对象
    EC_KEY* ec_key = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);
    if (!ec_key) {
        std::cerr << "Failed to create EC_KEY" << std::endl;
        return false;
    }

    // 从字节数组中解析公钥
    const unsigned char* p = public_key_bytes.data();
    ec_key = o2i_ECPublicKey(&ec_key, &p, public_key_bytes.size());
    if (!ec_key) {
        std::cerr << "Failed to parse public key" << std::endl;
        EC_KEY_free(ec_key);
        return false;
    }

    // 计算数据的哈希值（假设使用SHA-256）
    unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];
    SHA256_CTX sha256;
    SHA256_Init(&sha256);
    SHA256_Update(&sha256, data_bytes.data(), data_bytes.size());
    SHA256_Final(hash, &sha256);

    // 验证签名
    ECDSA_SIG* ec_sig = ECDSA_SIG_new();
    const unsigned char* sig = signature_bytes.data();
    ec_sig = d2i_ECDSA_SIG(&ec_sig, &sig, signature_bytes.size());
    if (!ec_sig) {
        std::cerr << "Failed to parse signature" << std::endl;
        EC_KEY_free(ec_key);
        return false;
    }

    int verify_result = ECDSA_do_verify(hash, SHA256_DIGEST_LENGTH, ec_sig, ec_key);
    if (verify_result != 1) {
        std::cerr << "Signature verification failed" << std::endl;
        ECDSA_SIG_free(ec_sig);
        EC_KEY_free(ec_key);
        return false;
    }

    // 释放资源
    ECDSA_SIG_free(ec_sig);
    EC_KEY_free(ec_key);

    return true;
}

int main() {
    // 公钥、数据和签名的十六进制字符串
    std::string public_key_hex = "0467BF4978CB114972AE0AF84E22FD4099D1FF045F88830C41D9AC5CC4B4EBA17F8D1AB65884368BD47E1EF8A28A33EEE92BB6409AFB5217E0F120866B85913E0B";
    std::string data_hex = "03";
    std::string signature_hex = "3044022023FAE603D8A64BF004DCC56BCFD904F2E2E4AFCBD9DDF1F2C6F4EE1A4D7A1F3C0220708D8D63FBCD6BCA61B8827280F628074759C77104952307DD9C407F5B0B2C2D";

    // 验证签名
    bool is_valid = verify_ecdsa_signature(public_key_hex, data_hex, signature_hex);
    if (is_valid) {
        std::cout << "Signature is valid" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Signature is invalid" << std::endl;
    }

    return 0;
}

执行结果如下：

AES/CBC128算法

算法代码如下：

cpp 复制代码

#include <openssl/aes.h>
#include <iostream>
#include <cstring>

// 假设你的数据长度总是16字节的倍数
void aes_cbc_128_encrypt_nopadding(const unsigned char* key, unsigned char* iv,
                                   const unsigned char* input, unsigned char* output, size_t length) {
    AES_KEY aesKey;
    AES_set_encrypt_key(key, 256, &aesKey); // 设置256位AES加密密钥

    // 由于我们假设输入数据长度是16字节的倍数，我们可以直接加密
    for (size_t i = 0; i < length; i += AES_BLOCK_SIZE) {
        AES_cbc_encrypt(input + i, output + i, AES_BLOCK_SIZE, &aesKey, iv, AES_ENCRYPT);
        // 更新IV，对于CBC模式，每个块的IV是上一个块的密文
        std::memcpy(iv, output + i, AES_BLOCK_SIZE);
    }
}

// 解密函数，使用256位AES密钥和CBC模式
void aes_cbc_128_decrypt_nopadding(const unsigned char* key, const unsigned char* iv,
                         const unsigned char* input, unsigned char* output, size_t length) {
    AES_KEY aesKey;
    AES_set_decrypt_key(key, 256, &aesKey);
    // 在CBC模式下，解密时需要一个临时的IV，因为它会在解密过程中被更新
    unsigned char temp_iv[AES_BLOCK_SIZE];
    std::memcpy(temp_iv, iv, AES_BLOCK_SIZE);
    for (size_t i = 0; i < length; i += AES_BLOCK_SIZE) {
        AES_cbc_encrypt(input + i, output + i, AES_BLOCK_SIZE, &aesKey, temp_iv, AES_DECRYPT);
        // 更新临时IV为下一个块的密文（实际上是上一个块的明文）
        std::memcpy(temp_iv, input + i, AES_BLOCK_SIZE);
    }
}

// 将十六进制字符串转换为字节数组
std::string hex2str(const std::string& hex) {
    std::string retStr;
    for (size_t i = 0; i < hex.length(); i += 2) {
        std::string byteString = hex.substr(i, 2);
        unsigned char byte = (unsigned char) strtol(byteString.c_str(), nullptr, 16);
        retStr += byte;
    }
    return retStr;
}

int main() {
    // 256位（32字节）的AES密钥
	const std::string keyhex = "c5ba9981452fa728a10794730919aaa747ca54df2f21fab685bbd0fdb53f05fb";
    const std::string keystr = hex2str(keyhex);
    // 初始化向量（IV），需要与密钥长度相同，即16字节
    unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE] = {0x00};

    // 要加密的数据（确保长度是16字节的倍数）
	const std::string plaintexthex = "313131313131313131313131313131313232323232323232323232323232323230450221009F9B7BC16546FDFA85866AFE2761FAF6C1B018C99E6B7C6339FF47BA126E01990220558339565F469C3AD4EBA77AEE5C22C7C464449D6395FBC1158F1B589569336980000000000000000000000000000000000000000000000000";
	
    const std::string plaintext = hex2str(plaintexthex); // 正好是16字节
    unsigned char input[plaintext.size()], key[2 * AES_BLOCK_SIZE];
    std::copy(plaintext.begin(), plaintext.end(), input);
	std::copy(keystr.begin(), keystr.end(), key);

    // 输出缓冲区
    unsigned char output[plaintext.size()];
	unsigned char in2put[plaintext.size()];

    // 调用加密函数
    aes_cbc_128_encrypt_nopadding(key, iv, input, output, plaintext.size());

    // 输出加密后的数据（以十六进制形式）
	std::cout << "加密数据 ：";
    for (size_t i = 0; i < plaintext.size(); ++i) {
        printf("%02x", output[i]);
    }
    std::cout << std::endl;
	
	memset(iv, 0, AES_BLOCK_SIZE);
	// 调用解密函数
    aes_cbc_128_decrypt_nopadding(key, iv, output, in2put, plaintext.size());
	
	// 输出加密后的数据（以十六进制形式）
	std::cout << "解密数据 ：";
    for (size_t i = 0; i < plaintext.size(); ++i) {
        printf("%02x", in2put[i]);
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

执行结果如下：