RSA算法原理及其Openssl库函数

原理见：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html

Openssl库函数：http://blog.chinaunix.net/uid-23069658-id-4282969.html

 

今天心血来潮突然想搞搞openssl了，趁着端午小假，刚好有空可以鼓捣孤岛自己喜欢的东西，出去东奔西跑的实在太造孽了，还是宅起来给自己充充电吧。下载openssl最新代码1.0.1g，修复了“心血漏洞”那个版本。编译安装那些小儿科的东西就不再浪费笔墨了，如果出现头文件或者库文件之类的错误，请在本人博客里寻找相关文章，应该主要集中在动态库那几篇博文。反正我在自己虚拟机里安装的时候是妥妥滴。

    因为我主要对非对称加密的RSA算法比较感兴趣，网上最多的就是这么用的：
   生成私钥文件(其中已经包含了公钥)：

[root@localhost release]#openssl genrsa -out plainPrv.key 1024

    
   然后再从这个私钥文件里将公钥提取出来，保存到文件里：

[root@localhost release]#openssl rsa -in plainPrv.key -pubout -out plainPub.key

    RSA一般有两种应用场景：
   1、公钥加密、私钥解密：这是数据安全通信领域最常见情形；
   2、私钥加密、公钥解密：这主要用于数字签名。
   两种方式，一通百通，本文只看第一种场景。
  关于测试代码，网上到处都是，也都基本能用，我就先不摘抄了。大家问的最多的问题就是在读取公钥文件时，PEM_read_RSA_PUBKEY()函数和PEM_read_RSAPublicKEY()的疑惑。为什么读取私钥文件用的PEM_read_RSAPrivateKey()，针对上述openssl命令生成的公钥文件，在读取其内容时用对称的PEM_read_RSAPublicKEY()接口却会报错，必须要用PEM_read_RSA_PUBKEY()才可以。

   其实，我们要是看看一两个文件内容就明白了：

[root@localhost release]# cat plainPrv.key -----BEGIN RSA PRIVATE KEY----- MIICXgIBAAKBgQDlGVxzTDVhnC16SW+D0WG8hvm1wztmr0vBh2VK6CU7k90mdrCx 4by1URcZ6iS6KxomxSqWmK9g2C0iRd8xx7OyykBHKttjIx5Diq3wLXDP2qU4mjSI vHP3MwgrOR2Jwa4mNr1veM2c1pyXn5xIfZs2IFnicMugj+0sXik1pLWwIwIDAQAB AoGBAKoB5OomfmJ92/2oKxmdsjKN0xY/13++y6/EgrVQifipJG5bm4mVI01F7Ket ai3AuHpWy+DPUy3BndSWFyfAsyatULiK3cJnIZumxmWP8G9odfO1pH/KcZB2Vi61 HcbioDuJRCcF3jpbGMun3lCwkdG/qVfsFmOElbzSbNMDbwkJAkEA/K9mOSKrP+lu 6bsIuD6/n2XQkz8XE2lPuPwKhVLX+ljXqRyxJZH0n+2EC8pUi694Q2Zhgn0uPdEl KCYtlBaLXQJBAOgawH01Xc0r63+XVif6rLZfwJGBAP8921e2dRDFYhYLP3riflY8 xvFQsh4n7kbAXt4xZ3pDA/J1INnE01Rk8X8CQCmzyOslDZ4+qE9qzsWZlYZ5BzNF 9kj92GpvLk1SntJyVyVR1uqcbAL48BICEnH7Q53cB7vBbSBGpBs8Mcl+7wECQQCF Dbjkze/sys2ggd+44WGa1n8sqhgpOYuA1656I7ybyGzmg+pKg2LEOS8yTE+yrVp0 4ztfggVEO1LOo59F1Ov/AkEApfUtgKHB4YCPy70syFaQoAWjiaxOWq/FLM7FBntP ikz1X7gNsRkb4I/be15ZN8E/2Z0Q95FOpsgqw76Bi4Yynw== -----END RSA PRIVATE KEY----- [root@localhost release]# cat plainPub.key -----BEGIN PUBLIC KEY----- MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDlGVxzTDVhnC16SW+D0WG8hvm1 wztmr0vBh2VK6CU7k90mdrCx4by1URcZ6iS6KxomxSqWmK9g2C0iRd8xx7OyykBH KttjIx5Diq3wLXDP2qU4mjSIvHP3MwgrOR2Jwa4mNr1veM2c1pyXn5xIfZs2IFni cMugj+0sXik1pLWwIwIDAQAB -----END PUBLIC KEY-----

    当我们在用PEM_read_RSAPublicKEY()读取公钥文件plainPub.key时报的错误是酱紫滴：

3077879432:error:0906D06C:lib(9):func(109):reason(108):pem_lib.c:698:Expecting: RSA PUBLIC KEY

    所以我就天真地将公钥文件头和尾分别改成“-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----”和“-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----”，理想很丰满，显示很骨感。实践证明openssl是不能那么轻易就被忽悠过去的。没办法，查看openssl源码发现，提取公钥文件时除了-pubout参数可以设置外，还有有个参数叫做-RSAPublicKey_out，但是命令行提示和man手册里居然没有任何提及。幸好我还会读C代码，所以提取公钥时我改用下面的命令：

[root@localhost release]#openssl rsa -in plainPrv.key -RSAPublicKey_out -out plainPub.key

   这样做完的结果是，首先公钥文件的内容有点变化：

[root@localhost test_openssl]# cat plainPub2.key -----BEGIN RSA PUBLIC KEY----- MIGJAoGBAOUZXHNMNWGcLXpJb4PRYbyG+bXDO2avS8GHZUroJTuT3SZ2sLHhvLVR FxnqJLorGibFKpaYr2DYLSJF3zHHs7LKQEcq22MjHkOKrfAtcM/apTiaNIi8c/cz CCs5HYnBriY2vW94zZzWnJefnEh9mzYgWeJwy6CP7SxeKTWktbAjAgMBAAE= -----END RSA PUBLIC KEY----- [root@localhost release]# cat plainPub.key -----BEGIN PUBLIC KEY----- MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDlGVxzTDVhnC16SW+D0WG8hvm1 wztmr0vBh2VK6CU7k90mdrCx4by1URcZ6iS6KxomxSqWmK9g2C0iRd8xx7OyykBH KttjIx5Diq3wLXDP2qU4mjSIvHP3MwgrOR2Jwa4mNr1veM2c1pyXn5xIfZs2IFni cMugj+0sXik1pLWwIwIDAQAB -----END PUBLIC KEY-----

   其次，当我再用PEM_read_RSAPublicKEY()接口来读取公钥文件plainPub2.key时，居然成功了。说明RSA PUBLIC KEY和PUBLIC KEY的两种公钥文件其存储方式是不一样的，PEM_read_RSAPublicKEY()只能读取RSA PUBLIC KEY形式的公钥文件；而PEM_read_RSA_PUBKEY()只能读取PUBLIC KEY格式的公钥文件。由于本人密码学基础较薄弱，现在还不能说出两者的区别，请各位见谅，还望密码方面的大牛们予以点拨。演示代码如下：
 

点击(此处)折叠或打开

1. /* filename: tmp.c
2. */
3. #include
4. #include
5. #include
6. #include
7. #include
8. #include
9.  
10. void hexprint(char *str,int len)
11. {
12.     int i=0;
13.     for(i=0;i
14.         printf("%s%02x%s",((i%16==0?"|":"")),*((unsigned char*)str+i),(((i+1)%16==0)?"|\n":" "));
15.     }
16.     if(i%16!=0)
17.         printf("|\n");
18. }
19.  
20. static int do_operation(RSA* rsa_ctx,char *instr,char* path_key,int inlen,char** outstr,int type)
21. {
22.     if(rsa_ctx == NULL || instr == NULL || path_key == NULL)
23.     {
24.         perror("input elems error,please check them!");
25.         return -1;
26.     }
27.     int rsa_len,num;
28.     rsa_len=RSA_size(rsa_ctx);
29.     *outstr=(unsigned char *)malloc(rsa_len+1);
30.     memset(*outstr,0,rsa_len+1);
31.     switch(type){
32.         case 1: //pub enc
33.         if(inlen == 0){
34.             perror("input str len is zero!");
35.             goto err;
36.         }
37.         num = RSA_public_encrypt(inlen,(unsigned char *)instr,(unsigned char*)*outstr,rsa_ctx,RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);
38.         break;
39.         case 2: //prv dec
40.         num = RSA_private_decrypt(inlen,(unsigned char *)instr,(unsigned char*)*outstr,rsa_ctx,RSA_PKCS1_OAEP_PADDING);        
41.         default:
42.         break;
43.     }
44.  
45.     if(num == -1)
46.     {
47.         printf("Got error on enc/dec!\n");
48. err:
49.         free(*outstr);
50.         *outstr = NULL;
51.         num = -1;
52.     }
53.     return num;
54. }
55.  
56. int rsa_pub_encrypt(char *str,char *path_key,char** outstr){
57.     RSA *p_rsa;
58.     FILE *file;
59.     int flen,rsa_len,num;
60.     if((file=fopen(path_key,"r"))==NULL){
61.         perror("open key file error");
62.         return -1; 
63.     } 
64. #ifdef RSAPUBKEY
65.     if((p_rsa=PEM_read_RSA_PUBKEY(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
66. #else
67.     if((p_rsa=PEM_read_RSAPublicKey(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
68. #endif
69.         ERR_print_errors_fp(stdout);
70.         return -1;
71.     } 
72.  
73.     num = do_operation(p_rsa,str,path_key,strlen(str),outstr,1);
74.     RSA_free(p_rsa);
75.     fclose(file);
76.     return num;
77. }
78.  
79. int rsa_prv_decrypt(char *str,char *path_key,int inlen,char** outstr){    
80.     RSA *p_rsa;
81.     FILE *file;
82.     int rsa_len,num;
83.         
84.     if((file=fopen(path_key,"r"))==NULL){
85.         perror("open key file error");
86.         return -1;
87.     }
88.     if((p_rsa=PEM_read_RSAPrivateKey(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
89.         ERR_print_errors_fp(stdout);
90.         return -1;
91.     }    
92.     num = do_operation(p_rsa,str,path_key,inlen,outstr,2);
93.     RSA_free(p_rsa);
94.     fclose(file);
95.     return num;
96. }
97.  
98. int main(int argc,char** argv){ 
99.     char *ptr_en,*ptr_de;
100.     int len;
101.    
102.     printf("source is :%s\n",argv[1]);
103.     len=rsa_pub_encrypt(argv[1],argv[2],&ptr_en);
104.     printf("pubkey encrypt:\n");
105.     hexprint(ptr_en,len);
106.     
107.     rsa_prv_decrypt(ptr_en,argv[3],len,&ptr_de);
108.     printf("prvkey decrypt:%s\n",ptr_de==NULL?"NULL":ptr_de);
109.     
110.     if(ptr_en!=NULL){
111.         free(ptr_en);
112.     } 
113.     if(ptr_de!=NULL){
114.         free(ptr_de);
115.     } 
116.     
117.     return 0;
118. }

    如果开启RSAPUBKEY宏，则用PEM_read_RSA_PUBKEY()来读取公钥文件；否则用PEM_read_RSAPublicKey()读取：

[root@localhost release]#gcc -o pub rsatest.c -lcrypto -g -DRSAPUBKEY [root@localhost release]#gcc -o nopub rsatest.c -lcrypto -g

   测试结果如下：

   实际应用中，出于安全考虑我们一般会对私钥文件加密。我们可以用如下的方式来重新生成经3DES加密后私钥文件：

[root@localhost release]#openssl genrsa -des3 -out cipherPrv.key 1024

   这样生成的私钥文件使用3DES加过密的，看看内容就晓得和之前的有什么不同了。头部多了一些信息：Proc-Type和DEK-Info，猜想这肯定是某种加密信息(这TM不废话么)，但是我看不懂，现阶段“会用”是首要问题：

   上述加密私钥文件的口令是123456，分别提取RSA PUBLIC KEY和PUBLIC KEY格式的公钥文件：

[root@localhost release]# openssl rsa -in cipherPrv.key -pubout -out cipherPub.key [root@localhost release]# openssl rsa -in cipherPrv.key -RSAPublicKey_out -out cipherPub2.key

   在代码中我们需要通过下面的方式来读取经3DES加密处理后的私钥文件：
 

点击(此处)折叠或打开

1. RSA* getPRV(char *path_key_fullname,char* pwd)
2. {
3.     RSA *rsaK=RSA_new();
4.     OpenSSL_add_all_algorithms();
5.     BIO *BP = BIO_new_file(path_key_fullname,"rb");
6.     if(NULL == BP)
7.         return NULL;
8.  
9.     rsaK=PEM_read_bio_RSAPrivateKey(BP,NULL,NULL,pwd);
10.     return rsaK;
11. }

    然后将tmp.c中第85行从：
   if((p_rsa=PEM_read_RSAPrivateKey(file,NULL,NULL,NULL))==NULL){
   替换成：
   if((p_rsa=getPRV(path_key,"123456"))==NULL){
   重新编译，运行后结果如下：

   关于openssl有很多值得学习的地方，空了再慢慢研究。