利用OpenSSL庫對Socket傳輸進行安全加密(RSA+AES)

轉自:http://blog.chinaunix.net/uid-9543173-id-3921143.html

利用OpenSSL庫對Socket傳輸進行安全加密(RSA+AES)
 1. 利用RSA安全傳輸AES生成密鑰所需的Seed(32字節)
 2. 利用AES_encrypt/AES_decrypt對Socket上面的業務數據進行AES加密/解密

 理論上只需要AES就能保證全部流程，但由於AES加密所需要的AES-KEY是一個結構。 這個一個結構，如果通過網絡進行傳輸，就需要對它進行網絡編碼，OpenSSL里面沒有現成的API
所以就引入RSA來完成首次安全的傳輸，保證Seed不會被竊聽。同樣，只使用RSA也能完成全部流程，但由於RSA的處理效率比AES低，所以在業務數據傳輸加密上還是使用AES

 下面的代碼包含了上述傳輸加密流程所需的所有步驟(OpenSSL部分)
 在實際的Socket應用開發時，需要將這些步驟插入到Client/Server網絡通信的特定階段

 所需的OpenSSL主要的API及功能描述
 1. RSA_generate_key()    隨機生成一個RSA密鑰對，供RSA加密/解密使用
 2. i2d_RSAPublicKey()    將RSA密鑰對里面的公鑰提出到一個BUF，用於網絡傳輸給對方
 3. d2i_RSAPublicKey()    將從網絡傳過來的公鑰信息生成一個加密使用的RSA(它里面只有公鑰)
 4. RSA_public_encrypt()  使用RSA的公鑰對數據進行加密
 5. RSA_private_decrypt() 使用RSA的私鑰對數據進行解密
 6. AES_set_encrypt_key() 根據Seed生成AES密鑰對中的加密密鑰
 7. AES_set_decrypt_key() 根據Seed生成AES密鑰對中的解密密鑰
 8. AES_encrypt()         使用AES加密密鑰對數據進行加密
 9. AES_decrypt()         使用AES解密密鑰對數據進行解密

 一個典型的安全Socket的建立流程, 其實就是如何將Server隨機Seed安全發給Client
 C: Client   S:Server
 C: RSA_generate_key() --> RSAKey --> i2d_RSAPublicKey(RSAKey) --> RSAPublicKey
 C: Send(RSAPublicKey) TO Server
 S: Recv() --> RSAPublicKey --> d2i_RSAPublicKey(RSAPublicKey) --> RSAKey
 S: Rand() --> Seed --> RSA_public_encrypt(RSAKey, Seed) --> EncryptedSeed
 S: Send(EncryptedSeed) TO Client
 C: Recv() --> EncryptedSeed --> RSA_private_decrypt(RSAKey, EncryptedSeed) --> Seed
 --- 到此, Client和Server已經完成完成傳輸Seed的處理
 --- 后面的流程是它們怎樣使用這個Seed來進行業務數據的安全傳輸
 C: AES_set_encrypt_key(Seed) --> AESEncryptKey
 C: AES_set_decrypt_key(Seed) --> AESDecryptKey
 S: AES_set_encrypt_key(Seed) --> AESEncryptKey
 S: AES_set_decrypt_key(Seed) --> AESDecryptKey
 --- Client傳輸數據給Server
 C: AES_encrypt(AESEncryptKey, Data) --> EncryptedData --> Send() --> Server
 S: Recv() --> EncryptedData -->  AES_decrypt(AESDecryptKey, EncryptedData) --> Data
 --- Server傳輸數據給Client
 S: AES_encrypt(AESEncryptKey, Data) --> EncryptedData --> Send() --> Client
 C: Recv() --> EncryptedData -->  AES_decrypt(AESDecryptKey, EncryptedData) --> Data

流程圖如下：

相關的代碼實現如下：

#include <string.h>
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/aes.h>

int main()
{
        // 1. 產生RSA密鑰對
        // 產生512字節公鑰指數為RSA_F4的密鑰對，公鑰指數有RSA_F4和RSA_3兩種
        // 我不清楚它們的區別，就隨便選定RSA_F4
        // 可以使用RSA_print_fp()看看RSA里面的東西
        RSA *ClientRsa = RSA_generate_key(512, RSA_F4, NULL, NULL);
        
        // ---------
        // 2. 從RSA結構中提取公鑰到BUFF，以便將它傳輸給對方
        // 512位的RSA其公鑰提出出來長度是74字節，而私鑰提取出來有超過300字節
        // 為保險起見，建議給它們預留一個512字節的空間
        unsigned char PublicKey[512];
        unsigned char *PKey = PublicKey; // 注意這個指針不是多余，是特意要這樣做的，
        int PublicKeyLen = i2d_RSAPublicKey(ClientRsa, &PKey);
        
        // 不能采用下面的方法，因為i2d_RSAPublicKey()會修改PublicKey的值
        // 所以要引入PKey，讓它作為替死鬼
        // unsigned char *PublicKey = (unsigned char *)malloc(512);
        // int PublicKeyLen = i2d_RSAPublicKey(ClientRsa, &PublicKey); 
        
        // 逐個字節打印PublicKey信息
        printf("PublicKeyBuff, Len=%d\n", PublicKeyLen);
        for (int i=0; i<PublicKeyLen; i++)
        {
                printf("0x%02x, ", *(PublicKey+i));
        }
        printf("\n");
        
        
        // ---------
        // 3. 跟據上面提出的公鑰信息PublicKey構造一個新RSA密鑰(這個密鑰結構只有公鑰信息)
        PKey = PublicKey;
        RSA *EncryptRsa = d2i_RSAPublicKey(NULL, (const unsigned char**)&PKey, PublicKeyLen);
        
        // ---------
        // 4. 使用EncryptRsa加密數據，再使用ClientRsa解密數據
        // 注意, RSA加密/解密的數據長度是有限制，例如512位的RSA就只能最多能加密解密64字節的數據
        // 如果采用RSA_NO_PADDING加密方式，512位的RSA就只能加密長度等於64的數據
        // 這個長度可以使用RSA_size()來獲得
        unsigned char InBuff[64], OutBuff[64]; 
        
        strcpy((char *)InBuff, "1234567890abcdefghiklmnopqrstuvwxyz.");
        RSA_public_encrypt(64, (const unsigned char*)InBuff, OutBuff, EncryptRsa, RSA_NO_PADDING); // 加密
        
        memset(InBuff, 0, sizeof(InBuff));
        RSA_private_decrypt(64, (const unsigned char*)OutBuff, InBuff, ClientRsa, RSA_NO_PADDING); // 解密
        printf("RSADecrypt OK: %s \n", InBuff);
        
        
        // ----------
        // 5. 利用隨機32字節Seed來產生256位的AES密鑰對
        unsigned char Seed[32]; // 可以采用Rand()等方法來構造隨機信息
        AES_KEY AESEncryptKey, AESDecryptKey;
        AES_set_encrypt_key(Seed, 256, &AESEncryptKey);
        AES_set_decrypt_key(Seed, 256, &AESDecryptKey);
        
        // ----------
        // 6. 使用AES密鑰對來加密/解密數據
        // 注意，256位的AES密鑰只能加密/解密16字節長的數據
        strcpy((char *)InBuff, "a1b2c3d4e5f6g7h8?");
        AES_encrypt(InBuff, OutBuff, &AESEncryptKey);
        
        memset(InBuff, 0, sizeof(InBuff));
        AES_decrypt(OutBuff, InBuff, &AESDecryptKey);
        printf("AESDecrypt OK: %s \n", InBuff);
        
        
        // ----------
        // 7. 謹記要釋放RSA結構
        RSA_free(ClientRsa);
        RSA_free(EncryptRsa);
        
        return(0);
}