c++ - 如何使用具有低级 DES 函数的 openssl EVP 库？

Question

所以我花了几个小时浏览谷歌搜索结果和一些与 openssl 函数相关的联机帮助页，试图找出如何使用 EVP 函数和 3DES 加密。现在我的代码正在使用 <openssl/des.h> 中的这些函数:

• DES_ede2_cbc_encrypt()
• DES_set_odd_parity()
• DES_set_key_checked()
• DES_ecb2_encrypt()

我的理解是，通过使用 EVP 函数，我可以统一处理 3DES 的 ECB 和 CBC 模式之间的加密/解密逻辑(我上面列表中的第一个和最后一个函数)。两者管理输入/输出数据的方式不同。

我找不到任何通过高级 EVP 函数进行 DES 加密的示例。在evp.h header ，我看到类似 EVP_des_ede3_ecb 的内容和 EVP_des_ede3_cbc ，但我不确定如何使用它们。由于您必须以一种奇怪的方式为 DES 设置 key (使用上面列表中间的 2 个函数)，我不确定在 EVP 方式中加载 key 会是什么样子。

如何将 DES 与 EVP 一起使用？如果有人可以提供真正有帮助的加密、解密和 key 设置示例。我试图用 C++ 包装所有这些类似 C 的代码，并尽可能使用 STL 对象/算法。我希望我的“DES”包装器在 DES 的不同密码模式之间在语义上相同。我不确定这是否可行，但这就是我尝试使用 EVP 的原因。

Answer 1

我觉得你想做的应该是可以的。 EVP API 非常注重使用所有参数来初始化上下文对象，然后在不知道其中内容的情况下使用上下文对象。您甚至可能受益于 OpenSSL 允许您提供不需要的参数...例如在为 ECB 模式初始化上下文时提供 IV(将被忽略)。

在进入 EVP 版本之前，让我们先谈谈您发布的功能。

OpenSSL 将 DES key 的生成分为三个步骤:

1. 生成随机字节
2. 设置/更正随机字节中的奇偶校验位
3. 展开关键计划

第一步是使用任何合适的 (N/D)RBG(OpenSSL 提供 RAND_DRBG_bytes 和 RAND_bytes )。第二步出现是因为 DES key 的某些位对密码强度没有贡献；因此按照惯例，它们被设置为给出 key 奇偶校验的字节。这是DES_set_odd_parity的功能(有关更多解释，请参阅 https://crypto.stackexchange.com/questions/34199/purpose-of-des-parity-bits。)最后一步在 OpenSSL 中有几个选项:(a) 相信用户已经提供了一个好的 key ，然后展开它；或者 (b) 检查用户提供的内容以确保它不是弱 key ，并在展开 key 计划之前检查它是否具有奇校验。后者由您列出的函数执行，DES_set_key_checked .前者更信任的版本是 DES_set_key_unchecked .

好的，那么为什么这一切有用呢？好吧，这一切在 API 的 EVP 版本中都有一个直接模拟。使用 DES 函数，您可以执行以下操作:

1. 调用RAND_bytes (或等价物)制作随 secret 钥
2. 调用DES_set_odd_parity设置奇偶校验位
3. 调用DES_set_key_checked展开关键时间表
4. 调用DES_<mode>_encrypt使用展开的 key 计划进行加密

使用 EVP，您将执行以下(大部分)等效步骤:

1. 调用 EVP_CIPHER_CTX_ctrl(ctx, EVP_CTRL_RAND_KEY, 0, dest_buf)生成适合 EVP_CIPHER_CTX *ctx 的密码的随 secret 钥已经初始化。此步骤还通过调用 DES_set_odd_parity 在后台设置奇校验。 .请注意，假定 dest_buf 足够大以容纳 ctx 的 key 类型。被配置为。参见 https://github.com/openssl/openssl/blob/master/crypto/evp/e_des3.c 中的第 280 行

2. 调用 EVP_EncryptInit传递调用 DES_set_key_unchecked 的 key 在引擎盖下展开关键计划并将其存储在上下文中。请注意，这是 set-key 的 unchecked 变体； EVP API 只是假定您提供了一个好的 key 。参见 https://github.com/openssl/openssl/blob/master/crypto/evp/e_des3.c 中的第 226 行(对于 2 键 ede)

注意鸡和蛋的小问题:你必须用算法类型初始化上下文，这样它就知道要生成什么样的 key ；并且您必须提供 key 来初始化上下文。 EVP_*Init 优雅地处理 NULL 参数，因此它允许您部分初始化。例如，

uint8_t twokey[16];
EVP_EncryptInit(ctx, EVP_des_ede_cbc(), NULL, NULL);
EVP_CIPHER_CTX_ctrl(ctx, EVP_CTRL_RAND_KEY, 0, twokey);
EVP_EncryptInit(ctx, NULL, twokey, iv);

另请注意，如果您已有 key ，则不需要 OpenSSL 来随机生成 key 。 EVP_EncryptInit非常乐意相信您提供的任何 key 。

这是一个使用硬编码 key 的相当长的示例，但使用 openssl 函数来更正其奇偶校验。

#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/des.h>
#include <stdint.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  int res;
  uint8_t key[16] = {
    0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88,
    0x21, 0x32, 0x43, 0x54, 0x65, 0x76, 0x87, 0x98
  };

  uint8_t iv[8] = {
    0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x9a, 0xbc, 0xde, 0xf0
  };

  uint8_t message[16] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0xa,0xb,0xc,0xd,0xe,0xf};
  uint8_t ciphertext[24] = {0}; //leave room for padding!
  int ciphertext_total = 0;
  uint8_t decrypted [16] = {0};
  int decrypted_total = 0;

  //Select our cipher of choice: 2-key 3DES in CBC mode (hence the IV)
  const EVP_CIPHER *tdea_ede = EVP_des_ede_cbc();

  printf("hardcoded key:       ");
  {
    int i;
    for(i=0; i< (int)sizeof(key); i++)
    {
      printf("%02x ", key[i]);
    }
    printf("\n");
  }

  //Note I have to set parity on each of the keys, and I'm doing 2-key 3DES
  //DES_cblock is an annoying typdef of uchar[8]
  DES_set_odd_parity((DES_cblock *)key);
  DES_set_odd_parity((DES_cblock *)(key+8));

  printf("key with odd parity: ");
  {
    int i;
    for(i=0; i< (int)sizeof(key); i++)
    {
      printf("%02x ", key[i]);
    }
    printf("\n");
  }

  printf("Message:             ");
  {
    int i;
    for(i=0; i< (int)sizeof(message); i++)
    {
      printf("%02x ", message[i]);
    }
    printf("\n");
  }

  /* encrypt */
  {
    int outl = 0;
    EVP_CIPHER_CTX *ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_EncryptInit(ctx, tdea_ede, key, iv);

    res = EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &outl, message, (int)sizeof(message));
    printf("Update wrote %d bytes\n", outl);
    ciphertext_total += outl;

    EVP_EncryptFinal(ctx, ciphertext + ciphertext_total, &outl);
    printf("Final wrote %d bytes\n", outl);
    ciphertext_total += outl;
  }

  printf("Ciphertext:          ");
  {
    int i;
    for(i=0; i<ciphertext_total; i++)
    {
      printf("%02x ", ciphertext[i]);
    }
    printf("\n");
  }

  /* decrypt */
  {
    int outl = 0;
    EVP_CIPHER_CTX *ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_DecryptInit(ctx, tdea_ede, key, iv);

    res = EVP_DecryptUpdate(ctx, decrypted, &outl, ciphertext, ciphertext_total );
    printf("Update wrote %d bytes\n", outl);
    decrypted_total += outl;

    EVP_DecryptFinal(ctx, decrypted + decrypted_total, &outl);
    printf("Final wrote %d bytes\n", outl);
    decrypted_total += outl;
  }

  printf("Decrypted:           ");
  {
    int i;
    for(i=0; i<decrypted_total; i++)
    {
      printf("%02x ", decrypted[i]);
    }
    printf("\n");
  }
}

它的输出是:

$ ./a.out
hardcoded key:       11 22 33 44 55 66 77 88 21 32 43 54 65 76 87 98
key with odd parity: 10 23 32 45 54 67 76 89 20 32 43 54 64 76 86 98
Message:             00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f
Update wrote 16 bytes
Final wrote 8 bytes
Ciphertext:          5d f9 44 ff 82 0b c3 47 90 be 11 fb 62 01 15 f0 65 45 f6 05 3f fa 81 96
Update wrote 16 bytes
Final wrote 0 bytes
Decrypted:           00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f

我承认，我很惊讶地看到密文比消息大，但后来我想起了 OpenSSL 默认应用填充。

如果您不熟悉 EVP API 的初始化/更新/最终模型，请注意它是为流设计的。您可以根据需要多次调用更新，只有当它获得足够的数据来处理一个 block 时，您才会看到它写入任何输出。这就是为什么会有“final”……填充任何剩余数据并处理最后一个 block (如果有人在飞行中)。

另外，请注意该示例泄漏了 EVP_CIPHER_CTX 对象......这些对象应该在某个时候被释放。