利用OpenSSL库对Socket传输进行安全加密

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);

}