OpenSSL中AES加密的用法

OpenSSL中AES加密的用法1 AES算法简介1.1 AES算法介绍1.2 AES工作模式介绍2 AES算法ECB模式2.1 使用函数AES_set_encrypt_key设置加密密钥2.2 使用函数AES_set_decrypt_key设置解密密钥。2.3 使用函数AES_ecb_encrypt对数据进行加解密3 AES算法CBC模式3.1 使用函数AES_set_encrypt_key设置

宁静致远2021

15968人浏览 · 2021-11-13 11:55:35

宁静致远2021 · 2021-11-13 11:55:35 发布

1 AES算法简介

原文链接：
https://blog.csdn.net/mao834099514/article/details/54945776

1.1 AES算法介绍

密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称 Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

如下图所示，AES算法的数据分组长度为128比特、密钥长度为128/192/256比特。
在这里插入图片描述

1.2 AES工作模式介绍

1）ECB模式简介
在这里插入图片描述

2）CBC模式简介

下图中，IV一般为16字节全0，数据块长度为16字节的整数倍，则在此数据块后附加一个8字节长的数据块，

附加的数据块为：16进制的“80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00”
在这里插入图片描述

2 AES算法ECB模式

2.1 使用函数AES_set_encrypt_key设置加密密钥

函数原型：

**int AES_set_encrypt_key(const unsigned char userKey, const int bits,AES_KEY key);

函数作用：

设定加密用的Key；

参数说明：

userKey：密钥数值；

bits：密钥长度，以bit为单位，如果密钥数字是16个字节，则此参数值应为128；

key： AES_KEY对象指针；

返回值： 0 成功， -1 userkey，key为空， -2：密钥长度不是128，192，256；

2.2 使用函数AES_set_decrypt_key设置解密密钥。

函数原型：

**int AES_set_decrypt_key(const unsigned char userKey, const int bits, AES_KEY key);

函数作用：

设定解密用的Key；

参数说明：

userKey：密钥数值；

bits：密钥长度，以bit为单位，如果密钥数字是16个字节，则此参数值应为128；

key： AES_KEY对象指针；

返回值： 0 成功， -1 userkey，key为空， -2：密钥长度不是128，192，256；

2.3 使用函数AES_ecb_encrypt对数据进行加解密

函数原型：

**void AES_ecb_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char out, const AES_KEY key, const int enc);

函数说明：

AES加密/解密单个数据块（16个字节），ECB模式

参数说明：

in：需要加密/解密的数据；

out：计算后输出的数据；
key：密钥

enc： AES_ENCRYPT 代表加密， AES_DECRYPT代表解密；

3 AES算法CBC模式

3.1 使用函数AES_set_encrypt_key设置加密密钥。

函数原型：

**int AES_set_encrypt_key(const unsigned char userKey, const int bits,AES_KEY key);

函数作用：

设定加密用的Key；

参数说明：

userKey：密钥数值；

bits：密钥长度，以bit为单位，如果密钥数字是16个字节，则此参数值应为128；

key： AES_KEY对象指针；

返回值： 0 成功， -1 userkey，key为空， -2：密钥长度不是128，192，256；

3.2 使用函数AES_set_decrypt_key设置解密密钥。

函数原型：

**int AES_set_decrypt_key(const unsigned char userKey, const int bits, AES_KEY key);

函数作用：

设定解密用的Key；

参数说明：

userKey：密钥数值；

bits：密钥长度，以bit为单位，如果密钥数字是16个字节，则此参数值应为128；

key： AES_KEY对象指针；

返回值： 0 成功， -1 userkey，key为空， -2：密钥长度不是128，192，256；

3.3 使用函数AES_cbc_encrypt对数据进行加解密

函数原型：

**void AES_cbc_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out, size_t length, const AES_KEY key, unsigned char ivec, const int enc);

函数作用：

AES加密/解密单个数据块（16个字节），CBC模式

参数说明：

in：需要加密/解密的数据；

out：计算后输出的数据；

length：数据长度（这里不包含初始向量数据长度）
key：密钥

ivec：初始向量（一般为16字节全0）
enc： AES_ENCRYPT 代表加密， AES_DECRYPT代表解密；

4 AES算法ECB、CBC两种模式下的加解密实现代码：

4.1 加密实现

void CPage3::OnButtonEncrypt()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 unsigned char key_hex[256] = {0};
 unsigned char data_hex[256] = {0};
 unsigned char initval_hex[256] = {0};
 unsigned char temp[256] = {0};
 int i = 0;
 int keylen = 0;
 int datalen = 0;
 int InitialLen = 0;
 AES_KEY key;
 
    UpdateData(TRUE);
 
 m_key.Remove(' ');
 m_data.Remove(' ');
 m_initval.Remove(' ');
 
 keylen = m_key.GetLength()/2;
    datalen = m_data.GetLength()/2;
 InitialLen = m_initval.GetLength()/2;
 
 if (datalen%16!=0)
 {
  AfxMessageBox("输入数据长度不是16的整数倍，请重新输入!");
  return;
 }
 
 StrToHex(m_key,key_hex,keylen);
 StrToHex(m_data,data_hex,datalen);
 StrToHex(m_initval,initval_hex,InitialLen);
 
 if (keylen == 16)
 {
  //设置加密密钥
  AES_set_encrypt_key(key_hex,128,&key);
 }
 else if (keylen == 24)
 {
        //设置加密密钥
  AES_set_encrypt_key(key_hex,192,&key);
 }
 else if (keylen == 32)
 {
  //设置加密密钥
  AES_set_encrypt_key(key_hex,256,&key);
 }
 else
 {
        AfxMessageBox("输入密钥长度不是16/24/32字节，请重新输入!");
  return;
 }
 
 //ECB模式
 if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
 {
  for(i = 0;i < datalen/16;i++)
  {
   AES_ecb_encrypt(data_hex+i*16, temp+i*16,&key,AES_ENCRYPT);
  }
 }
 //CBC模式
 else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
 {
  memcpy(data_hex+datalen,"\x80\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00",16);
 
  datalen = datalen+16;
  
  for(i = 0;i < datalen/16;i++)
  {
   AES_cbc_encrypt(data_hex+i*16, temp+i*16,16,&key,initval_hex, AES_ENCRYPT);
  }
  
 }
 
 HexToStr(temp,datalen,m_result);
 
    UpdateData(FALSE);
}

4.2 解密实现

void CPage3::OnButtonDecrypt()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 unsigned char key_hex[256] = {0};
 unsigned char data_hex[256] = {0};
 unsigned char initval_hex[256] = {0};
 unsigned char temp[256] = {0};
 int i = 0;
 int keylen = 0;
 int datalen = 0;
 int InitialLen = 0;
 AES_KEY key;
 
    UpdateData(TRUE);
 
 m_key.Remove(' ');
 m_data.Remove(' ');
 m_initval.Remove(' ');
 
 keylen = m_key.GetLength()/2;
    datalen = m_data.GetLength()/2;
 InitialLen = m_initval.GetLength()/2;
 
 if (datalen%16!=0)
 {
  AfxMessageBox("输入数据长度不是16的整数倍，请重新输入!");
  return;
 }
 
 StrToHex(m_key,key_hex,keylen);
 StrToHex(m_data,data_hex,datalen);
 StrToHex(m_initval,initval_hex,InitialLen);
 
 if (keylen == 16)
 {
  //设置解密密钥
  AES_set_decrypt_key(key_hex,128,&key);
 }
 else if (keylen == 24)
 {
        //设置解密密钥
  AES_set_decrypt_key(key_hex,192,&key);
 }
 else if (keylen == 32)
 {
  //设置解密密钥
  AES_set_decrypt_key(key_hex,256,&key);
 }
 else
 {
        AfxMessageBox("输入密钥长度不是16/24/32字节，请重新输入!");
  return;
 }
 
 //ECB模式
 if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO1))->GetCheck())
 {
  for(i = 0;i < datalen/16;i++)
  {
   AES_ecb_encrypt(data_hex+i*16, temp+i*16,&key,AES_DECRYPT);
  }
 }
 //CBC模式
 else if (((CButton*)GetDlgItem(IDC_RADIO2))->GetCheck())
 {
  for(i = 0;i < datalen/16;i++)
  {
   AES_cbc_encrypt(data_hex+i*16, temp+i*16,16,&key,initval_hex, AES_DECRYPT);
  }
 }
 
 HexToStr(temp,datalen,m_result);
 
    UpdateData(FALSE);
}

5 示例2

#include <openssl/aes.h>

void Widget::aesInit()
{
    const char *key_string = "123456";
        AES_KEY  aes;
        int i = 0;
        unsigned char out1[16];
        unsigned char out2[16];
        memset(out1,0,16);
        memset(out2,0,16);
        if (AES_set_encrypt_key((unsigned char*)key_string, 128, &aes) < 0) {
           qDebug()<<"Unable to set encryption key in AES\n";
           exit(-1);
        }
        char temp[16] = "ABCDEDDFDSGFRSF";
        AES_encrypt((unsigned char*)temp,out1,&aes);
        for(i= 0;i < 16;i++){
            qDebug("%X",out1[i]);
        }
        if (AES_set_decrypt_key((unsigned char*)key_string, 128, &aes) < 0) {
            qDebug()<<"Unable to set encryption key in AES\n";
            exit(-1);
        }
        AES_decrypt(out1,out2,&aes);
        qDebug()<<"temp=\n"<<temp<<"out2=\n"<<out2;
		
}

注意事项：
1. 调用加密函数之前，必须先设置加密key:AES_set_encrypt_key
2. 调用解密函数之前，必须先设置解密key:AES_set_decrypt_key
3. 对于AES_cbc_模式加密解密，每次调用前必须先初始化ivec向量

5.1 使用AES加密/解密

" crypto/aes/ aes_ecb.c"
void AES_ecb_encrypt ( const unsigned char * in , unsigned char * out ,
const AES_KEY * key , const int enc ) {
assert ( in && out && key );
assert (( AES_ENCRYPT == enc )||( AES_DECRYPT == enc ));
if ( AES_ENCRYPT == enc )
AES_encrypt ( in , out , key );
else
AES_decrypt ( in , out , key );
}
从这里可以看出，ecb方式的加密，是由AES_encrypt接口实现的。

AES_encrypt 就是ecb加密的方式
AES_encrypt/AES_decrypt一次只处理16个字节。如果输入数据较长，你需要使用循环语句，每16个字节处理一次，直到所有数据处理完毕。如果数据不足16字节，可以用0填充至16字节。

5.2 使用AES CBC加密/解密

这个函数比AES_encrypt多了一个ivec参数，ivec的内容可以任意指定，但是加密和解密操作必须使用同样的数据。在AES_cbc_encrypt底层，实际上是每16个字节做一次处理，先和ivec做异或运算，然后调用AES_encrypt函数进行加密。
AES_cbc_encrypt在加密的过程中会修改ivec的内容，因此ivec参数不能是一个常量，而且不能在传递给加密函数后再立马传递给解密函数，必须重新赋值之后再传递给解密函数。

关于输出数据的长度
输出数据缓冲区的长度必须是16字节的倍数，加密完成后，比输入长度多出来的输出数据是不可以丢弃的。因此，存档的时候，需要记录原始数据的长度。

6 OpenSSL之AES加密算法-CFB128模式

原文链接：
https://blog.csdn.net/zyhse/article/details/112291862?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2_defaultbaidujs_utm_term~default-0.no_search_link&spm=1001.2101.3001.4242.1

加密反馈模式 Cipher Feedback Mode(CFB)。面向字符的应用程序的加密要使用流加密法，可以使用加密反馈模式。在此模式下，数据用更小的单元加密，如可以是8 位，这个长度小于定义的块长（通常是64 位）。

6.1 函数说明

AES CFB128加密/解密：

void AES_cfb128_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
                        size_t length, const AES_KEY *key,
                        unsigned char *ivec, int *num, const int enc);

参数名称	含义
in	输入数据，长度任意
out	输出数据，长度与输入数据相等
length	输入数据的长度，字节数
key	使用AES_set_encrypt_key生成的Key
ivec	可读写的一块内存。长度必须是16字节。
num	应总是为0，否则会触发断言
enc	AES_ENCRYPT 代表加密， AES_DECRYPT代表解密

AES_cfb128_encrypt在加密的过程中会修改ivec的内容，因此ivec参数不能是一个常量，而且不能在传递给加密函数后再立马传递给解密函数，必须重新赋值之后再传递给解密函数。

6.2 编程实现

（1）特别注意
CFB模式加密和解密均使用加密key，这一点比较反常，务必记住。
CFB模式不需要对输入数据进行填充。
AES_cfb128_encrypt函数length参数，为输入数据长度，字节数。这一点与CFB1模式中有所不同。
（2）实现CFB128模式加解密
下面，函数已经封装完毕，如下：

/**
 * @brief AES::cfb128_encrypt
 * CFB128模式加解密，支持对任意长度明文进行加解密。
 * @param in 输入数据
 * @param out 输出结果
 * @param key 密钥，长度必须是16/24/32字节，否则加密失败
 * @param ivec 初始向量，长度必须是16字节
 * @param enc true-加密，false-解密
 * @return 执行结果
 */
bool AES::cfb128_encrypt(const QByteArray &in, QByteArray &out, const QByteArray &key, const QByteArray &ivec, bool enc)
{
    // 检查密钥合法性(只能是16、24、32字节)
    Q_ASSERT(key.size() == 16 || key.size() == 24 || key.size() == 32);
    Q_ASSERT(ivec.size() == 16); // 初始向量为16字节

    // 特别注意：CFB模式加密和解密均使用加密key。
    // 生成加密key
    AES_KEY aes_key;
    if (AES_set_encrypt_key((const unsigned char*)key.data(), key.size() * 8, &aes_key) != 0)
    {
        return false;
    }

    // 执行CFB128模式加密或解密
    int num = 0;
    QByteArray ivecTemp = ivec; // ivec会被修改，故需要临时变量来暂存
    int encVal = enc ? AES_ENCRYPT : AES_DECRYPT;
    out.resize(in.size()); // 调整输出buf大小
    AES_cfb128_encrypt((const unsigned char*)in.data(),
                    (unsigned char*)out.data(),
                    in.size(),
                    &aes_key,
                    (unsigned char*)ivecTemp.data(),
                    &num,
                    encVal);
    return true;
}

加密过程：
生成加密key
执行加密

解密过程：
生成加密key
执行解密

经测试，本函数支持对任意长度输入数据进行加解密。

6.3 测试代码

void createTestData(QByteArray& data, int size)
{
    data.resize(size);
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        data[i] = i % 128;
    }
}

void testAES(const QByteArray& data)
{
    QByteArray plainText = data;
    QByteArray encryptText;
    QByteArray decryptText;

    QByteArray key = QByteArray::fromHex("8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad");
    QByteArray ivec = QByteArray::fromHex("667b02a85c61c786def4521b060265e8");

    // AES cfb128模式加密验证
    AES aes;
    aes.cfb128_encrypt(plainText, encryptText, key, ivec, true);     // 加密
    aes.cfb128_encrypt(encryptText, decryptText, key, ivec, false);  // 解密
    qDebug() << "AES cfb128 encrypt verify" << ((decryptText == plainText) ? "succeeded" : "failed");
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 产生1MB+3B的测试数据，为了使该测试数据长度，不为8或16的整数倍
    QByteArray data;
    createTestData(data, 1*1024*1024+3);

    // 测试AES
    testAES(data);     // 测试，直接调用OpenSSL中AES算法函数

    return a.exec();
}

在这里插入图片描述

实战篇-OpenSSL之调用EVP框架实现AES多种加密模式

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