vc++网络安全编程范例（17）-open ssl 实现文件加密与解密

大灰狼 · 发表于 2014-7-9 08:33:17

OpenSSL整个软件包大概可以分成三个主要的功能部分：密码算法库、SSL协议库以及应用程序。OpenSSL的目录结构自然也是围绕这三个功能部分进行规划的。　　作为一个基于密码学的安全开发包，OpenSSL提供的功能相当强大和全面，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议，并提供了丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
对称加密算法
　　OpenSSL一共提供了8种对称加密算法，其中7种是分组加密算法，仅有的一种流加密算法是RC4。这7种分组加密算法分别是AES、DES、Blowfish、CAST、IDEA、RC2、RC5，都支持电子密码本模式（ECB）、加密分组链接模式（CBC）、加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）四种常用的分组密码加密模式。其中，AES使用的加密反馈模式（CFB）和输出反馈模式（OFB）分组长度是128位，其它算法使用的则是64位。事实上，DES算法里面不仅仅是常用的DES算法，还支持三个密钥和两个密钥3DES算法。
非对称加密算法
　　OpenSSL一共实现了4种非对称加密算法，包括DH算法、RSA算法、DSA算法和椭圆曲线算法（EC）。DH算法一般用户密钥交换。RSA算法既可以用于密钥交换，也可以用于数字签名，当然，如果你能够忍受其缓慢的速度，那么也可以用于数据加密。DSA算法则一般只用于数字签名。
信息摘要算法
　　OpenSSL实现了5种信息摘要算法，分别是MD2、MD5、MDC2、SHA（SHA1）和RIPEMD。SHA算法事实上包括了SHA和SHA1两种信息摘要算法，此外，OpenSSL还实现了DSS标准中规定的两种信息摘要算法DSS和DSS1。

我们来用VC++实现文件加密，请见代码实现与注释讲解

[cpp] view plaincopy

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <conio.h>
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#define MY_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING)
#define KEYLENGTH 0x00800000
void HandleError(char *s);
HCRYPTPROV GetCryptProv();
#define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC4
#define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8
BOOL EncryptFile(
PCHAR szSource,
PCHAR szDestination,
PCHAR szPassword);
HCRYPTKEY GenKeyByPassword(HCRYPTPROV hCryptProv,PCHAR szPassword);
HCRYPTKEY GenKeyByRandom(HCRYPTPROV hCryptProv,FILE* hDestination);
//-------------------------------------------------------------------
// Begin main.
void main(void)
{
PCHAR szSource;
PCHAR szDestination;
CHAR szPassword[100] = "";
char response;
if(!(szSource=(char *)malloc(100)))
HandleError("Memory allocation failed.");
if(!(szDestination=(char *)malloc(100)))
HandleError("Memory allocation failed.");
printf("加密一个文件. \n\n");
printf("请输入需要被加密文件的名称: ");
fgets(szSource, 100, stdin);
if(szSource[strlen(szSource)-1] == '\n')
szSource[strlen(szSource)-1] = '\0';
printf("请输入需要输出文件文件的名称: ");
fgets(szDestination, 100, stdin);
if(szDestination[strlen(szDestination)-1] == '\n')
szDestination[strlen(szDestination)-1] = '\0';
printf("要使用密码对这个文件加密吗? ( y/n ) ");
response = getchar();
if(response == 'y')
{
printf("请输入密码:");
getchar();
gets(szPassword);
}
else
{
printf("密钥将生成但没有使用密码. \n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 调用函数 EncryptFile 进行实际的加密操作.
if(EncryptFile(szSource, szDestination, szPassword))
{
printf("对文件 %s 的加密已经成功! \n",
szSource);
printf("加密后的数据存储在文件 %s 中.\n",szDestination);
}
else
{
HandleError("解密文件出错!");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 释放内存.
if(szSource)
free(szSource);
if(szDestination)
free(szDestination);
} // end main
//-------------------------------------------------------------------
// 功能：加密原文szSource文件，加密后的数据存储在szDestination文件中
// 参数:
// szSource：原文文件名
// szDestination：加密后数据存储文件
// szPassword：用户输入的密码
static BOOL EncryptFile(
PCHAR szSource,
PCHAR szDestination,
PCHAR szPassword)
{
//-------------------------------------------------------------------
// 变量申明与初始化.
FILE *hSource;
FILE *hDestination;
HCRYPTPROV hCryptProv;
HCRYPTKEY hKey;
PBYTE pbBuffer;
DWORD dwBlockLen;
DWORD dwBufferLen;
DWORD dwCount;
//-------------------------------------------------------------------
// 打开原文文件.
if(hSource = fopen(szSource,"rb"))
{
printf("原文文件 %s 已经打开. \n", szSource);
}
else
{
HandleError("打开原文文件出错!");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 打开目标文件.
if(hDestination = fopen(szDestination,"wb"))
{
printf("目标文件 %s 已经打开. \n", szDestination);
}
else
{
HandleError("打开目标文件出错!");
}
//获取加密服务者句柄
hCryptProv = GetCryptProv();
//-------------------------------------------------------------------
// 创建会话密钥.
if(!szPassword || strcmp(szPassword,"")==0 )
{
//--------------------------------------------------------------
// 当输入密码为空时，则创建随机的加密密钥，并导出创建的密钥保存到文件中.
hKey = GenKeyByRandom( hCryptProv, hDestination);
}
else
{
//--------------------------------------------------------------
// 当输入密码不为空时，则通过输入密码创建加密密钥
hKey=GenKeyByPassword( hCryptProv, szPassword);
}
//--------------------------------------------------------------------
// 因为加密算法按ENCRYPT_BLOCK_SIZE 大小块加密，所以被加密的
// 数据长度必须是ENCRYPT_BLOCK_SIZE 的整数倍。下面计算一次加密的
// 数据长度。
dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE;
//--------------------------------------------------------------------
// 确定加密后密文数据块大小. 若是分组密码模式，则必须有容纳额外块的空间
if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE > 1)
dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE;
else
dwBufferLen = dwBlockLen;
//-------------------------------------------------------------------
// 分配内存空间.
if(pbBuffer = (BYTE *)malloc(dwBufferLen))
{
printf("已经为缓冲区分配了内存. \n");
}
else
{
HandleError("所需内存不够. \n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 循环加密原文件
do
{
//-------------------------------------------------------------------
// 每次从原文件中读取dwBlockLen字节数据.
dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource);
if(ferror(hSource))
{
HandleError("读取明文文件出错!\n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 加密数据.
if(!CryptEncrypt(
hKey, //密钥
0, //如果数据同时进行散列和加密，这里传入一个散列对象
feof(hSource), //如果是最后一个被加密的块，输入TRUE.如果不是输入FALSE.
//这里通过判断是否到文件尾来决定是否为最后一块。
0, //保留
pbBuffer, //输入被加密数据，输出加密后的数据
&dwCount, //输入被加密数据实际长度，输出加密后数据长度
dwBufferLen)) //pbBuffer的大小。
{
HandleError("Error during CryptEncrypt. \n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 把加密后数据写到密文文件中
fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination);
if(ferror(hDestination))
{
HandleError("写入密文时出错.");
}
} while(!feof(hSource));
//-------------------------------------------------------------------
// 关闭文件
if(hSource)
{
if(fclose(hSource))
HandleError("关闭原文文件出错!");
}
if(hDestination)
{
if(fclose(hDestination))
HandleError("关闭目标文件出错!");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 释放内存空间.
if(pbBuffer)
free(pbBuffer);
//-------------------------------------------------------------------
// 销毁会话密钥
if(hKey)
{
if(!(CryptDestroyKey(hKey)))
HandleError("Error during CryptDestroyKey");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 释放CSP句柄
if(hCryptProv)
{
if(!(CryptReleaseContext(hCryptProv, 0)))
HandleError("Error during CryptReleaseContext");
}
return(TRUE);
} // end Encryptfile
//获取加密提供者句柄
HCRYPTPROV GetCryptProv()
{
HCRYPTPROV hCryptProv; // 加密服务提供者句柄
//获取加密提供者句柄
if(CryptAcquireContext(
&hCryptProv, // 加密服务提供者句柄
NULL, // 密钥容器名,这里使用登陆用户名
MS_ENHANCED_PROV, // 加密服务提供者
PROV_RSA_FULL, // 加密服务提供者类型,可以提供加密和签名等功能
0)) // 标志
{
printf("加密服务提供者句柄获取成功!\n");
}
else
{
//重新建立一个新的密钥集
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, MS_ENHANCED_PROV, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET))
{
HandleError("重新建立一个新的密钥集出错!");
}
}
return hCryptProv;
}
// HandleError：错误处理函数，打印错误信息，并退出程序
void HandleError(char *s)
{
printf("程序执行发生错误!\n");
printf("%s\n",s);
printf("错误代码为: %x.\n",GetLastError());
printf("程序终止执行!\n");
exit(1);
}
// GenKeyByRandom：通过随机数创建会话密钥
// 参数：hCryptProv CSP句柄
// hDestination 目标文件，导出的会话密钥保存在此文件中
HCRYPTKEY GenKeyByRandom(HCRYPTPROV hCryptProv,FILE* hDestination)
{
HCRYPTKEY hKey;
HCRYPTKEY hXchgKey;
PBYTE pbKeyBlob;
DWORD dwKeyBlobLen;
if(CryptGenKey(
hCryptProv,
ENCRYPT_ALGORITHM,
KEYLENGTH | CRYPT_EXPORTABLE,
&hKey))
{
printf("一个会话密钥已经被创建. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptGenKey. \n");
}
//--------------------------------------------------------------
// 创建交换密钥
if(CryptGenKey(
hCryptProv,
AT_KEYEXCHANGE,
0,
&hXchgKey))
{
printf("交换密钥对已经创建.\n");
}
else
{
HandleError("在试图创建交换密钥时出错.\n");
}
//--------------------------------------------------------------
// 确定密钥数据块长度，并分配空间.
if(CryptExportKey(
hKey,
hXchgKey,
SIMPLEBLOB,
0,
NULL,
&dwKeyBlobLen))
{
printf("此密钥块的长度是 %d 字节. \n",dwKeyBlobLen);
}
else
{
HandleError("计算密钥数据块长度出错! \n");
}
if(pbKeyBlob =(BYTE *)malloc(dwKeyBlobLen))
{
printf("已经问此密钥块分配了内存. \n");
}
else
{
HandleError("所需内存不够. \n");
}
//--------------------------------------------------------------
// 导出会话密钥到简单密钥数据块中.
if(CryptExportKey(
hKey,
hXchgKey,
SIMPLEBLOB,
0,
pbKeyBlob,
&dwKeyBlobLen))
{
printf("此会话密钥已经被导出. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptExportKey!\n");
}
//--------------------------------------------------------------
//释放交换密钥句柄.
if(hXchgKey)
{
if(!(CryptDestroyKey(hXchgKey)))
HandleError("Error during CryptDestroyKey");
hXchgKey = 0;
}
//--------------------------------------------------------------
// 写密钥块长度到目标文件.
fwrite(&dwKeyBlobLen, sizeof(DWORD), 1, hDestination);
if(ferror(hDestination))
{
HandleError("写密钥块长度出错.");
}
else
{
printf("密钥块长度已经被写入. \n");
}
//--------------------------------------------------------------
//写密钥块数据到目标文件.
fwrite(pbKeyBlob, 1, dwKeyBlobLen, hDestination);
if(ferror(hDestination))
{
HandleError("写密钥数据出错");
}
else
{
printf("此密钥块数据已经被写入目标文件. \n");
}
// 释放内存空间.
free(pbKeyBlob);
//返回创建的会话密钥
return hKey;
}
// GenKeyByRandom：通过输入密码创建会话密钥
// 参数：hCryptProv CSP句柄
// szPassword 输入密码
HCRYPTKEY GenKeyByPassword(HCRYPTPROV hCryptProv,PCHAR szPassword)
{
HCRYPTKEY hKey;
HCRYPTHASH hHash;
//-------------------------------------------------------------------
// 创建哈希句柄.
if(CryptCreateHash(
hCryptProv,
CALG_MD5,
0,
0,
&hHash))
{
printf("一个哈希句柄已经被创建. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptCreateHash!\n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 计算输入密码的哈希值.
if(CryptHashData(
hHash,
(BYTE *)szPassword,
strlen(szPassword),
0))
{
printf("密码已经被添加到了哈希表中. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptHashData. \n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 通过哈希值创建会话密钥.
if(CryptDeriveKey(
hCryptProv,
ENCRYPT_ALGORITHM,
hHash,
KEYLENGTH,
&hKey))
{
printf("通过密码的哈希值获得了加密密钥. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptDeriveKey!\n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 销毁哈希句柄.
if(hHash)
{
if(!(CryptDestroyHash(hHash)))
HandleError("Error during CryptDestroyHash");
hHash = 0;
}
//返回创建的会话密钥
return hKey;
}

我们来用VC++实现文件解密，请见代码实现与注释讲解

[cpp] view plaincopy

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <conio.h>
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#define MY_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING)
#define KEYLENGTH 0x00800000
void HandleError(char *s);
HCRYPTPROV GetCryptProv();
#define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC4
#define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8
BOOL DecryptFile(
PCHAR szSource,
PCHAR szDestination,
CHAR *szPassword);
HCRYPTKEY GenKeyByPassword(HCRYPTPROV hCryptProv,PCHAR szPassword);
HCRYPTKEY GenKeyFromFile(HCRYPTPROV hCryptProv,FILE* hSource);
void main(void)
{
//--------------------------------------------------------------------
// 变量申明与初始化.
PCHAR szSource;
PCHAR szDestination;
CHAR szPassword[100] = "";
char response;
if(!(szSource=(char *)malloc(100)))
HandleError("Memory allocation failed.");
if(!(szDestination=(char *)malloc(100)))
HandleError("Memory allocation failed.");
printf("解密一个文件. \n\n");
printf("请输入需要解密文件的名称: ");
fgets(szSource, 100, stdin);
if(szSource[strlen(szSource)-1] == '\n')
szSource[strlen(szSource)-1] = '\0';
printf("请输入要输出文件的名称: ");
fgets(szDestination, 100, stdin);
if(szDestination[strlen(szDestination)-1] == '\n')
szDestination[strlen(szDestination)-1] = '\0';
printf("加密这个文件时是否使用了密码? ( y/n ) ");
response = getchar();
if(response == 'y')
{
getchar();
printf("请输入密码:");
gets(szPassword);
}
else
{
printf("密钥将被生成但没有使用密码. \n");
}
//解密文件
if(!DecryptFile(szSource, szDestination, szPassword))
{
printf("\nError decrypting file. \n");
}
else
{
printf("\n对文件 %s 的解密成功了. \n", szSource);
printf("被解密的文件是 %s .\n",szDestination);
}
//--------------------------------------------------------------------
// 释放内存空间.
if(szSource)
free(szSource);
if(szDestination)
free(szDestination);
} // End main
//-------------------------------------------------------------------
// 功能：解密密文szSource文件，解密后的数据存储在szDestination文件中
// 参数:
// szSource：密文文件名
// szDestination：解密后数据存储文件
// szPassword：用户输入的密码
static BOOL DecryptFile(
PCHAR szSource,
PCHAR szDestination,
PCHAR szPassword)
{
//--------------------------------------------------------------------
// 局部变量申明与初始化.
FILE *hSource;
FILE *hDestination;
HCRYPTPROV hCryptProv;
HCRYPTKEY hKey;
PBYTE pbBuffer;
DWORD dwBlockLen;
DWORD dwBufferLen;
DWORD dwCount;
BOOL status = FALSE;
//--------------------------------------------------------------------
// 打开密文文件.
if(!(hSource = fopen(szSource,"rb")))
{
HandleError("打开密文文件出错!");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 打开目标文件，用于存储解密后的数据.
if(!(hDestination = fopen(szDestination,"wb")))
{
HandleError("打开明文文件出错!");
}
//获取加密服务者句柄
hCryptProv = GetCryptProv();
//获取或创建会话密钥
if(!szPassword|| strcmp(szPassword,"")==0 )
{
//--------------------------------------------------------------------
//从密文文件导入保存的会话密钥
hKey = GenKeyFromFile( hCryptProv,hSource);
}
else
{
//--------------------------------------------------------------------
// 通过输入密码重新创建会话密钥.
hKey=GenKeyByPassword( hCryptProv, szPassword);
}
// 计算一次解密的数据长度，它是ENCRYPT_BLOCK_SIZE 的整数倍
dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE;
dwBufferLen = dwBlockLen;
//--------------------------------------------------------------------
// 分配内存空间.
if(!(pbBuffer = (BYTE *)malloc(dwBufferLen)))
{
HandleError("所需内存不够!\n");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 解密密文文件，解密后数据保存在目标文件
do {
//--------------------------------------------------------------------
// 每次从密文文件中读取dwBlockLen字节数据.
dwCount = fread(
pbBuffer,
1,
dwBlockLen,
hSource);
if(ferror(hSource))
{
HandleError("读取密文文件出错!");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 解密数据
if(!CryptDecrypt(
hKey,
0,
feof(hSource),
0,
pbBuffer,
&dwCount))
{
HandleError("Error during CryptDecrypt!");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 把解密后的数据写入目标文件中.
fwrite(
pbBuffer,
1,
dwCount,
hDestination);
if(ferror(hDestination))
{
HandleError("Error writing plaintext!");
}
} while(!feof(hSource));
status = TRUE;
//--------------------------------------------------------------------
// 关闭文件
if(hSource)
{
if(fclose(hSource))
HandleError("关闭原文件出错");
}
if(hDestination)
{
if(fclose(hDestination))
HandleError("关闭目标文件出错");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 释放内存空间
if(pbBuffer)
free(pbBuffer);
//--------------------------------------------------------------------
// 销毁会话密钥
if(hKey)
{
if(!(CryptDestroyKey(hKey)))
HandleError("Error during CryptDestroyKey");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 释放CSP句柄
if(hCryptProv)
{
if(!(CryptReleaseContext(hCryptProv, 0)))
HandleError("Error during CryptReleaseContext");
}
return status;
} // end Decryptfile
//获取加密提供者句柄
HCRYPTPROV GetCryptProv()
{
HCRYPTPROV hCryptProv; // 加密服务提供者句柄
//获取加密提供者句柄
if(CryptAcquireContext(
&hCryptProv, // 加密服务提供者句柄
NULL, // 密钥容器名,这里使用登陆用户名
MS_ENHANCED_PROV, // 加密服务提供者
PROV_RSA_FULL, // 加密服务提供者类型,可以提供加密和签名等功能
0)) // 标志
{
printf("加密服务提供者句柄获取成功!\n");
}
else
{
//重新建立一个新的密钥集
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, MS_ENHANCED_PROV, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET))
{
HandleError("重新建立一个新的密钥集出错!");
}
}
return hCryptProv;
}
// HandleError：错误处理函数，打印错误信息，并退出程序
void HandleError(char *s)
{
printf("程序执行发生错误!\n");
printf("%s\n",s);
printf("错误代码为: %x.\n",GetLastError());
printf("程序终止执行!\n");
exit(1);
}
// GenKeyFromFile：从密文文件中导出会话密钥
// 参数：hCryptProv CSP句柄
// hSource 保存会话密钥的文件
HCRYPTKEY GenKeyFromFile(HCRYPTPROV hCryptProv,FILE* hSource)
{
HCRYPTKEY hKey;
PBYTE pbKeyBlob;
DWORD dwKeyBlobLen;
//从密文文件中获取密钥数据块长度，并分配内存空间.
fread(&dwKeyBlobLen, sizeof(DWORD), 1, hSource);
if(ferror(hSource) || feof(hSource))
{
HandleError("读取密文文件中密钥数据块长度出错!");
}
if(!(pbKeyBlob = (BYTE *)malloc(dwKeyBlobLen)))
{
HandleError("内存分配出错.");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 从密文文件中获取密钥数据块
fread(pbKeyBlob, 1, dwKeyBlobLen, hSource);
if(ferror(hSource) || feof(hSource))
{
HandleError("读取密文文件中密钥数据块出错!\n");
}
//--------------------------------------------------------------------
// 导入会话密钥到 CSP.
if(!CryptImportKey(
hCryptProv,
pbKeyBlob,
dwKeyBlobLen,
0,
0,
&hKey))
{
HandleError("Error during CryptImportKey!");
}
if(pbKeyBlob)
free(pbKeyBlob);
//返回导出的会话密钥
return hKey;
}
// GenKeyByPassword：通过输入密码创建会话密钥
// 参数：hCryptProv CSP句柄
// szPassword 输入密码
HCRYPTKEY GenKeyByPassword(HCRYPTPROV hCryptProv,PCHAR szPassword)
{
HCRYPTKEY hKey;
HCRYPTHASH hHash;
//-------------------------------------------------------------------
// 创建哈希句柄.
if(CryptCreateHash(
hCryptProv,
CALG_MD5,
0,
0,
&hHash))
{
printf("一个哈希句柄已经被创建. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptCreateHash!\n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 计算输入密码的哈希值.
if(CryptHashData(
hHash,
(BYTE *)szPassword,
strlen(szPassword),
0))
{
printf("此密码已经被添加到了哈希表中. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptHashData. \n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 通过哈希值创建会话密钥.
if(CryptDeriveKey(
hCryptProv,
ENCRYPT_ALGORITHM,
hHash,
KEYLENGTH,
&hKey))
{
printf("从这个密码的哈希值获得了一个加密密钥. \n");
}
else
{
HandleError("Error during CryptDeriveKey!\n");
}
//-------------------------------------------------------------------
// 销毁哈希句柄.
if(hHash)
{
if(!(CryptDestroyHash(hHash)))
HandleError("Error during CryptDestroyHash");
hHash = 0;
}
//返回创建的会话密钥
return hKey;
}

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