深入解析：基于OpenSSL的RSA编程实践

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其实深入解析：基于OpenSSL的RSA编程实践的问题并不复杂，但是又很多的朋友都不太了解，因此呢，今天小编就来为大家分享深入解析：基于OpenSSL的RSA编程实践的一些知识，希望可以帮助到大家，下面我们一起来看看这个问题的分析吧！

RSA密钥信息主要包括[1]：

n：模数

e：公钥索引

d：私钥索引

p：原始大素数

q：原始大素数

dmp1：e*dmp1=1 (mod (p-1))

dmq1：e*dmq1=1 (mod (q-1))

iqmp：q*iqmp=1 (mod p )

其中，公钥为n和e；私钥是n和d。实际应用中，一般采用公钥加密来协商密钥；签名一般采用私钥加密。

17.2 openssl的RSA实现

Openssl的RSA实现源代码位于crypto/rsa目录中。它实现了RSA PKCS1 标准。主要源码如下：

1）rsa.h

定义RSA数据结构和RSA_METHOD，定义RSA的各种函数。

2) rsa_asn1.c

实现了RSA 密钥（包括公钥和私钥）的DER 编码和解码。

3）rsa_chk.c

RSA 密钥检查。

4) rsa_eay.c

Openssl 实现的RSA_METHOD 作为其默认的RSA 计算实现。该文件不实现rsa_sign、rsa_verify 和rsa_keygen 回调函数。

5)rsa_err.c

RSA 错误处理。

6)rsa_gen.c

RSA密钥生成，如果RSA_METHOD中的rsa_keygen回调函数不为空则调用，否则调用其内部实现。

7)rsa_lib.c

主要实现了RSA操作的四个函数（公钥/私钥、加密/解密），它们都调用了RSA_METHOD中对应的回调函数。

8)rsa_none.c

实施了填充和去填充。

9)rsa_null.c

实现了一个空的RSA_METHOD。

10) rsa_oaep.c

实施了oaep 填充和反填充。

11) rsa_pk1。

实现了pkcs1 填充和反填充。

12)rsa_sign.c

实现了RSA签名和验证。

13)rsa_ssl.c

实施了ssl 填充。

14)rsa_x931.c

实施了填充和去填充。

17.3 RSA签名和验证过程

RSA签名过程如下：

1）用户数据汇总；

2）构建X509_SIG结构体并进行DER编码，包括汇总算法和汇总结果。

3) 将2)的结果填充为RSA密钥长度的字节数。例如，1024 位RSA 密钥必须填充128 个字节。具体填充方式由用户指定。

4) 用RSA私钥对3)的结果进行加密。

RSA_eay_private_encrypt函数实现了3）和4）过程。

RSA签名验证过程是上述过程的逆过程，如下：

1) 签名过程中使用RSA公钥对数据进行解密，得到2)的结果。

2) 从1) 的结果中删除填充。

3) 根据2)的结果得到汇总算法和汇总结果。

4) 根据3)中得到的汇总算法对原始数据进行汇总计算。

5) 在签名过程中比较4)和1)的结果。

RSA_eay_public_decrypt 实现1) 和2) 过程。

17.4 数据结构

RSA的主要数据结构定义在crypto/rsa/rsa.h中：

17.4.1 RSA_METHOD

结构体rsa_meth_st

{

const char *名称；

int (*rsa_pub_enc)(int flen,const unsigned char *from,unsigned char *to,RSA *rsa,int padding);

int (*rsa_pub_dec)(int flen,const unsigned char *from,unsigned char *to,RSA *rsa,int padding);

int (*rsa_priv_enc)(int flen,const unsigned char *from,unsigned char *to,RSA *rsa,int padding);

int (*rsa_priv_dec)(int flen,const unsigned char *from,unsigned char *to,RSA *rsa,int padding);

/* 其他函数*/

int (*rsa_sign)(int 类型，const unsigned char *m, unsigned int m_length,unsigned char *sigret, unsigned int *siglen, const RSA *rsa);

int (*rsa_verify)(int dtype,const unsigned char *m, unsigned int m_length,unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, const RSA *rsa);

int (*rsa_keygen)(RSA *rsa, int 位， BIGNUM *e, BN_GENCB *cb);

};

主要项目描述：

名称：RSA_METHOD 名称；

rsa_pub_enc：公钥加密函数，padding是它的填充方式，输入的数据不能太长，否则无法填充；

rsa_pub_dec：公钥解密函数，padding是去掉padding的方式，输入数据长度为RSA密钥长度的字节数；

rsa_priv_enc：私钥加密函数，padding是它的填充方式，输入的数据长度不能太长，否则无法填充；

rsa_priv_dec：私钥解密函数，padding是去掉padding的方式，输入数据长度为RSA密钥长度的字节数；

rsa_sign：签名函数；

rsa_verify：签名验证函数；

rsa_keygen：RSA密钥对生成函数。

用户可以实现自己的RSA_METHOD来替换openssl提供的默认方法。

17.4.2 RSA

RSA数据结构包含公钥/私钥信息（如果只有n和e，则表示公钥），定义如下：

结构体rsa_st

{

/* 其他*/

const RSA_METHOD *meth；

发动机*发动机；

大数*n；

大数*e；

大数*d；

大数*p；

BIGNUM *q；

BIGNUM *dmp1;

BIGNUM *dmq1;

BIGNUM *iqmp;

CRYPTO_EX_DATA ex_data；

整数参考文献；

/* 其他数据项*/

};

各种含义：

meth：RSA_METHOD结构体，指定该RSA密钥的各种操作函数的地址；

引擎：硬件引擎；

n、e、d、p、q、dmp1、dmq1、iqmp：RSA密钥的每个值；

ex_data：扩展数据结构，用于存储用户数据；

引用：RSA 结构引用的数量。

17.5 主要功能

1）RSA_check_key

检查RSA 密钥。

2)RSA_新

生成RSA 密钥结构并使用默认的rsa_pkcs1_eay_meth RSA_METHOD 方法。

3)RSA_free

释放RSA结构。

4) RSA *RSA_generate_key(int 位， unsigned long e_value,

void (*callback)(int,int,void *), void *cb_arg)

生成RSA密钥，bits为模位数，e_value为公钥指数e，回调函数由用户实现，用于干预密钥生成过程中的一些操作，可以为空。

5）RSA_get_default_method

获取默认的RSA_METHOD，即rsa_pkcs1_eay_meth。

6）RSA_get_ex_data

获取扩展数据。

7) RSA_get_方法

获取RSA 结构的RSA_METHOD。

8）RSA_padding_add_none

RSA_padding_add_PKCS1_OAEP

RSA_padding_add_PKCS1_type_1（私钥加密的填充）

RSA_padding_add_PKCS1_type_2（公钥加密的填充）

RSA_padding_add_SSLv23

多种灌装方式功能。

9）RSA_padding_check_none

RSA_padding_check_PKCS1_OAEP

RSA_padding_check_PKCS1_type_1

RSA_padding_check_PKCS1_type_2

RSA_padding_check_SSLv23

RSA_PKCS1_SSLeay

各种去除填充功能。

10) int RSA_print(BIO *bp, const RSA *x, int off)

将RSA信息输出到BIO中。 Off是BIO中输出信息的偏移量。例如，如果是屏幕BIO，则表示打印信息的位置与屏幕左边缘之间的距离。

11) int DSA_print_fp(FILE *fp, const DSA *x, int off)

将RSA信息输出到FILE中，off为输出偏移量。

12)RSA_public_解密

RSA 公钥解密。

13)RSA_public_加密

RSA 公钥加密。

14) RSA_set_default_method/RSA_set_method

在RSA 结构中设置方法。当用户实现RSA_METHOD时，调用该函数进行设置，以便RSA操作使用用户的方法。

15）RSA_set_ex_data

设置扩展数据。

16)RSA_sign

RSA 签名。

17）RSA_sign_ASN1_OCTET_STRING

另一种RSA签名不涉及摘要算法。它通过DER将输入数据编码为ASN1_OCTET_STRING，然后直接调用RSA_private_encrypt进行计算。

18)RSA_大小

获取RSA 密钥长度（以字节为单位）。

19）RSA_up_ref

添加对RSA 密钥的引用。

20)RSA_验证

RSA 认证。

21）RSA_verify_ASN1_OCTET_STRING

另一种不涉及摘要算法的RSA验证对应RSA_sign_ASN1_OCTET_STRING。

22）RSAPrivateKey_asn1_meth

获取RSA私钥的ASN1_METHOD，包括i2d、d2i、new和free函数地址。

23）RSAPrivateKey_dup

复制RSA 私钥。

24）RSAPublicKey_dup

复制RSA 公钥。

17.6 编程示例

17.6.1 密钥生成

包括

int main()

{

RSA*r；

整数位=512，ret；

无符号长e=RSA_3;

BIGNUM *bne;

r=RSA_generate_key(位，e,NULL,NULL);

RSA_print_fp(stdout,r,11);

RSA_free(r);

bne=BN_new();

ret=BN_set_word(bne,e);

r=RSA_new();

ret=RSA_generate_key_ex(r,位，bne,NULL);

if(ret!=1)

{

printf("RSA_generate_key_ex 错误！n");

返回-1；

}

RSA_free(r);

返回0；

}

阐明：

调用RSA_generate_key 和RSA_generate_key_ex 函数生成RSA 密钥，

调用RSA_print_fp打印密钥信息。

输出：

私钥：（512位）

模数：

00:d0:93:40:10:21:dd:c2:0b:6a:24:f1:b1:d5:b5:

77:79:ed:a9:a4:10:66:6e:88:d6:9b:0b:4c:91:7f:

23:6f:8f:0d:9e:9a:b6:7c:f9:47:fc:20:c2:12:e4:

b4:d7:ab:66:3e:73:d7:78:00:e6:5c:98:35:29:69:

c2:9b:c7:e2:c3

公共指数： 3 (0x3)

私人指数：

00:8b:0c:d5:60:16:93:d6:b2:46:c3:4b:cb:e3:ce:

4f:a6:9e:71:18:0a:ee:f4:5b:39:bc:b2:33:0b:aa:

17:9f:b3:7e:f0:0f:2a:24:b6:e4:73:40:ba:a0:65:

d3:19:0f:c5:b5:4f:59:51:e2:df:9c:83:47:da:8d:

84:0f:26:df:1b

素1:

00:f7:4c:fb:ed:32:a6:74:5c:2d:6c:c1:c5:fe:3a:

59:27:6a:53:5d:3e:73:49:f9:17:df:43:79:d4:d0:

46:2f:0d

素2:

00:d7:e9:88:0a:13:40:7c:f3:12:3d:60:85:f9:f7:

ba:96:44:29:74:3e:b9:4c:f8:bb:6a:1e:1b:a7:b4:

c7:65:0f

指数1:

00:a4:dd:fd:48:cc:6e:f8:3d:73:9d:d6:83:fe:d1:

90:c4:f1:8c:e8:d4:4c:db:fb:65:3f:82:51:38:8a:

d9:74:b3

指数2:

00:8f:f1:05:5c:0c:d5:a8:a2:0c:28:eb:03:fb:fa:

7c:64:2d:70:f8:29:d0:dd:fb:27:9c:14:12:6f:cd:

da:43:5f

系数：

00:d3:fa:ea:a0:21:7e:8a:e1:ab:c7:fd:e9:3d:cb:

5d:10:96:17:69:75:cd:71:d5:e5:07:26:93:e8:35:

ca:e3:49

17.6.2 RSA加解密操作

包括

int main()

{

RSA*r；

int 位=1024，ret，len，flen，填充，i；

无符号长e=RSA_3;

BIGNUM *bne;

无符号字符*key,*p;

生物*b；

无符号字符from[500],to[500],out[500];

bne=BN_new();

ret=BN_set_word(bne,e);

r=RSA_new();

ret=RSA_generate_key_ex(r,位，bne,NULL);

if(ret!=1)

{

printf("RSA_generate_key_ex 错误！n");

返回-1；

}

/* 私钥i2d */

b=BIO_new(BIO_s_mem());

ret=i2d_RSAPrivateKey_bio(b,r);

键=malloc(1024);

len=BIO_read(b,键，1024);

BIO_free(b);

b=BIO_new_file("rsa.key","w");

ret=i2d_RSAPrivateKey_bio(b,r);

BIO_free(b);

/* 私钥d2i */

/* 公钥i2d */

/* 公钥d2i */

/* 私钥加密*/

flen=RSA_size(r);

printf("请选择私有enc 填充： n");

printf("1.RSA_PKCS1_PADDINGn");

printf("3.RSA_NO_PADDINGn");

printf("5.RSA_X931_PADDINGn");

scanf("%d",填充);

如果（填充==RSA_PKCS1_PADDING）

弗伦-=11；

否则如果（填充==RSA_X931_PADDING）

弗伦-=2；

否则如果（填充==RSA_NO_PADDING）

弗伦=弗伦；

别的

{

printf("rsa 不支持！n");

返回-1；

}

对于(i=0;i

memset(来自[i],i,1);

len=RSA_private_encrypt(flen,从，到，r,填充);

如果（长度=0）

{

printf("RSA_private_encrypt 错误！n");

返回-1；

}

len=RSA_public_decrypt(len,to,out,r,padding);

如果（长度=0）

{

printf("RSA_public_decrypt 错误！n");

返回-1；

}

如果（memcmp（来自，out，flen））

{

printf("错误！n");

返回-1；

}

/* */

printf("请选择公共编码

padding : n"); printf("1.RSA_PKCS1_PADDINGn"); printf("2.RSA_SSLV23_PADDINGn"); printf("3.RSA_NO_PADDINGn"); printf("4.RSA_PKCS1_OAEP_PADDINGn"); scanf("%d",&padding); flen=RSA_size(r); if(padding==RSA_PKCS1_PADDING) flen-=11; else if(padding==RSA_SSLV23_PADDING) flen-=11; else if(padding==RSA_X931_PADDING) flen-=2; else if(padding==RSA_NO_PADDING) flen=flen; else if(padding==RSA_PKCS1_OAEP_PADDING) flen=flen-2 * SHA_DIGEST_LENGTH-2 ; else { printf("rsa not surport !n"); return -1; } for(i=0;i memset(&from[i],i+1,1); len=RSA_public_encrypt(flen,from,to,r,padding); if(len<=0) { printf("RSA_public_encrypt err!n"); return -1; } len=RSA_private_decrypt(len,to,out,r,padding); if(len<=0) { printf("RSA_private_decrypt err!n"); return -1; } if(memcmp(from,out,flen)) { printf("err!n"); return -1; } printf("test ok!n"); RSA_free(r);

return 0; } 上述程序中当采用公钥RSA_SSLV23_PADDING加密，用私钥RSA_SSLV23_PADDING解密时会报错，原因是openssl源代码错误： rsa_ssl.c函数RSA_padding_check_SSLv23有： if (k == -1) /* err */ { RSAerr(RSA_F_RSA_PADDING_CHECK_SSLV23,RSA_R_SSLV3_ROLLBACK_ATTACK); return (-1); } 修改为k!=-1即可。各种padding对输入数据长度的要求：私钥加密： RSA_PKCS1_PADDING RSA_size-11 RSA_NO_PADDING RSA_size-0 RSA_X931_PADDING RSA_size-2 公钥加密 RSA_PKCS1_PADDING RSA_size-11 RSA_SSLV23_PADDING RSA_size-11 RSA_X931_PADDING RSA_size-2 RSA_NO_PADDING RSA_size-0 RSA_PKCS1_OAEP_PADDING RSA_size-2 * SHA_DIGEST_LENGTH-2 17.6.3签名与验证签名运算： #include #include #include int main() { int ret; RSA *r; int i,bits=1024,signlen,datalen,alg,nid; unsigned long e=RSA_3; BIGNUM *bne; unsigned char data[100],signret[200]; bne=BN_new(); ret=BN_set_word(bne,e); r=RSA_new(); ret=RSA_generate_key_ex(r,bits,bne,NULL); if(ret!=1) { printf("RSA_generate_key_ex err!n"); return -1; } for(i=0;i<100;i++) memset(&data[i],i+1,1); printf("please select digest alg: n"); printf("1.NID_md5n"); printf("2.NID_shan"); printf("3.NID_sha1n"); printf("4.NID_md5_sha1n"); scanf("%d",&alg); if(alg==1) { datalen=55; nid=NID_md5; } else if(alg==2) { datalen=55; nid=NID_sha; } else if(alg==3) { datalen=55; nid=NID_sha1; } else if(alg==4) { datalen=36; nid=NID_md5_sha1; } ret=RSA_sign(nid,data,datalen,signret,&signlen,r); if(ret!=1) { printf("RSA_sign err!n"); RSA_free(r); return -1; } ret=RSA_verify(nid,data,datalen,signret,signlen,r); if(ret!=1) { printf("RSA_verify err!n"); RSA_free(r); return -1; } RSA_free(r); printf("test ok!n"); return 0; } 注意：本示例并不是真正的数据签名示例，因为没有做摘要计算。 ret=RSA_sign(nid,data,datalen,signret,&signlen,r)将需要运算的数据放入X509_ALGOR数据结构并将其DER编码，对编码结果做RSA_PKCS1_PADDING再进行私钥加密。

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