利用OpenSSL库对Socket传输进行安全加密(RSA+AES)
1. 利用RSA安全传输AES生成密钥所需的Seed(32字节)
2. 利用AES_encrypt/AES_decrypt对Socket上面的业务数据进行AES加密/解密
理论上只需要AES就能保证全部流程，但由于AES加密所需要的AES-KEY是一个结构。 这个一个结构，如果通过网络进行传输，就需要对它进行网络编码，OpenSSL里面没有现成的API
所以就引入RSA来完成首次安全的传输，保证Seed不会被窃听。同样，只使用RSA也能完成全部流程，但由于RSA的处理效率比AES低，所以在业务数据传输加密上还是使用AES
下面的代码包含了上述传输加密流程所需的所有步骤(OpenSSL部分)
在实际的Socket应用开发时，需要将这些步骤插入到Client/Server网络通信的特定阶段
所需的OpenSSL主要的API及功能描述
1. RSA_generate_key() 随机生成一个RSA密钥对，供RSA加密/解密使用
2. i2d_RSAPublicKey() 将RSA密钥对里面的公钥提出到一个BUF，用于网络传输给对方
3. d2i_RSAPublicKey() 将从网络传过来的公钥信息生成一个加密使用的RSA(它里面只有公钥)
4. RSA_public_encrypt() 使用RSA的公钥对数据进行加密
5. RSA_private_decrypt() 使用RSA的私钥对数据进行解密
6. AES_set_encrypt_key() 根据Seed生成AES密钥对中的加密密钥
7. AES_set_decrypt_key() 根据Seed生成AES密钥对中的解密密钥
8. AES_encrypt() 使用AES加密密钥对数据进行加密
9. AES_decrypt() 使用AES解密密钥对数据进行解密
一个典型的安全Socket的建立流程, 其实就是如何将Server随机Seed安全发给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已经完成完成传输Seed的处理
— 后面的流程是它们怎样使用这个Seed来进行业务数据的安全传输
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传输数据给Server
C: AES_encrypt(AESEncryptKey, Data) –> EncryptedData –> Send() –> Server
S: Recv() –> EncryptedData –> AES_decrypt(AESDecryptKey, EncryptedData) –> Data
— Server传输数据给Client
S: AES_encrypt(AESEncryptKey, Data) –> EncryptedData –> Send() –> Client
C: Recv() –> EncryptedData –> AES_decrypt(AESDecryptKey, EncryptedData) –> Data
流程图如下：
相关的代码实现如下：
#include
<
string
.h
#include
<openssl
/
rsa
.h
#include
<openssl
/aes
.h
int main
(
)
{
// 1. 产生RSA密钥对
// 产生512字节公钥指数为RSA_F4的密钥对，公钥指数有RSA_F4和RSA_3两种
// 我不清楚它们的区别，就随便选定RSA_F4
// 可以使用RSA_print_fp()看看RSA里面的东西
RSA
*ClientRsa
= RSA_generate_key
(512
, RSA_F4
,
NULL
,
NULL
)
;
// ———
// 2. 从RSA结构中提取公钥到BUFF，以便将它传输给对方
// 512位的RSA其公钥提出出来长度是74字节，而私钥提取出来有超过300字节
// 为保险起见，建议给它们预留一个512字节的空间
unsigned
char PublicKey
[512
]
;
unsigned
char
*PKey
= PublicKey
;
// 注意这个指针不是多余，是特意要这样做的，
int PublicKeyLen
= i2d_RSAPublicKey
(ClientRsa
,
&PKey
)
;
// 不能采用下面的方法，因为i2d_RSAPublicKey()会修改PublicKey的值
// 所以要引入PKey，让它作为替死鬼
// unsigned char *PublicKey = (unsigned char *)malloc(512);
// int PublicKeyLen = i2d_RSAPublicKey(ClientRsa, &PublicKey);
// 逐个字节打印PublicKey信息
printf
(
"PublicKeyBuff, Len=%d\n"
, PublicKeyLen
)
;
for
(
int i
=0
; i
<PublicKeyLen
; i
+
+
)
{
printf
(
"0x%02x, "
,
*
(PublicKey
+i
)
)
;
}
printf
(
"\n"
)
;
// ———
// 3. 跟据上面提出的公钥信息PublicKey构造一个新RSA密钥(这个密钥结构只有公钥信息)
PKey
= PublicKey
;
RSA
*EncryptRsa
= d2i_RSAPublicKey
(
NULL
,
(
const unsigned
char
*
*
)
&PKey
, PublicKeyLen
)
;
// ———
// 4. 使用EncryptRsa加密数据，再使用ClientRsa解密数据
// 注意, RSA加密/解密的数据长度是有限制，例如512位的RSA就只能最多能加密解密64字节的数据
// 如果采用RSA_NO_PADDING加密方式，512位的RSA就只能加密长度等于64的数据
// 这个长度可以使用RSA_size()来获得
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. 利用随机32字节Seed来产生256位的AES密钥对
unsigned
char Seed
[32
]
;
// 可以采用Rand()等方法来构造随机信息
AES_KEY AESEncryptKey
, AESDecryptKey
;
AES_set_encrypt_key
(Seed
, 256
,
&AESEncryptKey
)
;
AES_set_decrypt_key
(Seed
, 256
,
&AESDecryptKey
)
;
// ———-
// 6. 使用AES密钥对来加密/解密数据
// 注意，256位的AES密钥只能加密/解密16字节长的数据
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. 谨记要释放RSA结构
RSA_free
(ClientRsa
)
;
RSA_free
(EncryptRsa
)
;
return
(0
)
;
}
