OpenSSL使用指南-0.7q

OpenSSL使用指南[e-mail]使用指南0.7p目录1．介绍intro2．编译build3．运行OpenSSL.exeopenssl_exe4．算法编程APIAlg_API4.1对称算法4.1.1DES4.1.2AES4.1.3RC44.1.4EVP_4.2公钥算法4.3Hash算法4.4随机数算法5．SSL协议编程APISSL6．CA和证书CA7．参考网址REF8．A．示例程序demoB．其他C．其他示例程序D．OpenSSL使用指南[e-mail]1.介绍OpenSSL是使用非常广泛的SSL的开源实现。由于其中实现了为SSL所用的各种加密算法，因此OpenSSL也是被广泛使用的加密函数库。1.1SSLSSL(SecureSocketLayer)安全协议是由Netscape公司首先提出，最初用在保护Navigator浏览器和Web服务器之间的HTTP通信(即HTTPS)。后来SSL协议成为传输层安全通信事实上的标准，并被IETF吸收改进为TLS(TransportLayerSecurity)协议。SSL/TLS协议位于TCP协议和应用层协议之间，为传输双方提供认证、加密和完整性保护等安全服务。SSL作为一个协议框架，通信双方可以选用合适的对称算法、公钥算法、MAC算法等密码算法实现安全服务。1.2SSL的工作原理参见。1.3OpenSSLOpenSSL是著名的SSL的开源实现，是用C语言实现的。OpenSSL的前身是SSLeay，一个由EricYoung开发的SSL的开源实现，支持SSLv2/v3和TLSv1。伴随着SSL协议的普及应用，OpenSSL被广泛应用在基于TCP/Socket的网络程序中，尤其是OpenSSL和Apache相结合，是很多电子商务网站服务器的典型配置。OpenSSL使用指南[e-mail]2.编译和安装OpenSSLOpenSSL开放源代码，这对学习、分析SSL和各种密码算法提供了机会，也便于在上面进一步开发。2.1获得OpenSSL到OpenSSL的网站即可下载当前版本的OpenSSL源代码压缩包。当前版本openssl-0.9.8.tar.gz，只有3M多，比较精简。解压缩后得到一个目录openssl-0.9.8，共有约1800个文件，15M。其中crypto子目录中是众多密码算法实现，ssl子目录中是SSL协议的实现。在Linux中解压缩：$tarzxfopenssl-0.9.8.tar.gz在Windows中可以使用winzip或winrar。2.2编译工具编译OpenSSL需要Perl和C编译器。在Windows下如果要用加密算法的汇编代码实现，还需要masm或nasm汇编器。(汇编代码可以比C代码显著提高密码运算速度)Perl在Windows下推荐使用ActivePerl。C编译器可以使用gcc。在Windows下可以使用VisualC++编译器。汇编器推荐使用nasm。这些工具所在目录必须加入到PATH环境变量中去。2.3编译和安装步骤查看./readme是个好习惯。从readme了解到需要进一步查看INSTALL和INSTALL.W32文件。在Windows中：perlConfigureVC-WIN32ms\do_nasm(如果不使用汇编代码实现，则可ms\do_ms)nmake-fms\ntdll.makcdout32dll..\ms\testornmake-fms\ntdll.maktest//after0.9.8b编译结果得到头文件、链接库、运行库和openssl.exe工具。头文件位于./inc32或者./inculde目录，有一个openssl子目录，内有几十个.h文件。链接库即./out32dll目录中的libeay32.lib和ssleay32.lib，分别是密码算法相关的和ssl协议相关的。运行库是./out32dll目录中的libeay32.dll和ssleay32.dll，和链接库相对应。在./out32dll中还有一个工具openssl.exe，可以直接用来测试性能、产生RSA密钥、加解密文件，甚至OpenSSL使用指南[e-mail]可以用来维护一个测试用的CA。在Linux中的编译和安装步骤较简单：$./config$make$maketest$makeinstall在Linux下，头文件、库文件、工具都已被安装放到了合适的位置。库文件是.a或.so格式。OpenSSL使用指南[e-mail]3.使用OpenSSL.exe使用OpenSSL.exe(Linux中可执行文件名是openssl)可以做很多工作，是一个很好的测试或调试工具。3.1版本和编译参数显示版本和编译参数：opensslversion-a3.2支持的子命令、密码算法查看支持的子命令：openssl?SSL密码组合列表：opensslciphers3.3测试密码算法速度测试所有算法速度：opensslspeed测试RSA速度：opensslspeedrsa测试DES速度：opensslspeeddes3.4RSA密钥操作产生RSA密钥对：opensslgenrsa-out1.key1024取出RSA公钥：opensslrsa-in1.key-pubout-out1.pubkey3.5加密文件加密文件：opensslenc-e-rc4-in1.key-out1.key.enc解密文件：opensslenc-d-rc4-in1.key.enc-out1.key.dec3.6计算Hash值计算文件的MD5值：opensslmd51.key计算文件的SHA1值：opensslsha11.keyOpenSSL使用指南[e-mail]4.算法编程APIOpenSSL中支持众多的密码算法，并提供了很好的封装和接口。密码算法主要分为如下几类：对称算法、公钥算法、散列算法、随机数产生算法等。OpenSSL的目标是实现安全协议。其中相关协议和标准包括：SSL/TLS、PKCS#1、PCKS#10、X.509、PEM、OCSP等。4.1对称算法接口OpenSSL中实现的对称算法太多，举三个例子：DES、AES、RC4。4.1.1DESDES加密算法是分组算法。DES的基本操作是把64比特明文在56比特密钥指引下加密成64比特密文。在实际使用中把密钥看作64比特可以更方便。DES（IN，KEY）=OUT(1)DESECB模式在OpenSSL中ECB操作模式对应的函数是DES_ecb_encrypt()，该函数把一个8字节明文分组input加密成为一个8字节密文分组output。参数中密钥结构ks是用函数DES_set_key()准备好的，而密钥key是用随机数算法产生的64个随机比特。参数enc指示是加密还是解密。该函数每次只加密一个分组，因此用来加密很多数据时不方便使用。voidDES_ecb_encrypt(const_DES_cblock*input,DES_cblock*output,DES_key_schedule*ks,intenc);intDES_set_key(const_DES_cblock*key,DES_key_schedule*schedule);(2)DESCBC模式DES算法CBC操作模式加解密函数是DES_ncbc_encrypt()。参数length指示输入字节长度。如果长度不是8字节的倍数，则会被用0填充到8字节倍数。因此，输出可能比length长，而且必然是8字节的倍数。voidDES_ncbc_encrypt(constunsignedchar*input,unsignedchar*output,longlength,DES_key_schedule*schedule,DES_cblock*ivec,intenc);(3)DESCFB模式DES算法CFB操作模式加解密函数是DES_cfb_encrypt()。参数length指示输入字节长度。参数numbits则指示了CFB每次循环加密多少明文比特，也即密文反馈的比特数目。ivec是初始向量，被看做第0个密文分组，是不用保密但应随机取值的8个字节。如果在一次会话中数次调用DES_cfb_encrypt()，则应该记忆ivec。由于CFB模式中每次DES基本操作只加密numbits比特明文，因此如果numbits太小则效率太低。voidDES_cfb_encrypt(constunsignedchar*in,unsignedchar*out,intnumbits,longlength,DES_key_schedule*schedule,DES_cblock*ivec,intenc);另有一个numbit是64比特的版本，既高效又没有填充的麻烦，推荐使用。num中的返OpenSSL使用指南[e-mail]回值指示了ivec中的状态，是和下次调用衔接的。voidDES_cfb64_encrypt(constunsignedchar*in,unsignedchar*out,longlength,DES_key_schedule*schedule,DES_cblock*ivec,int*num,intenc)；(4)DESOFB模式OFB和CFB类似，也有两个函数，用法一样。voidDES_ofb_encrypt(constunsignedchar*in,unsignedchar*out,intnumbits,longlength,DES_key_schedule*schedule,DES_cblock*ivec);voidDES_ofb64_encrypt(constunsignedchar*in,unsignedchar*out,longlength,DES_key_schedule*schedule,DES_cblock*ivec,int*num);(5)DES函数示例程序见附件A.1。4.1.2AESAES加密算法是分组算法。典型参数的AES的基本操作是把128比特明文在128比特密钥指引下加密成128比特密文。AES（IN，KEY）=OUTOpenSSL中关于AES的函数名和参数接口和DES的雷同。相关函数名如下(参数略)。intAES_set_encrypt_key();intAES_set_decrypt_key();voidAES_ecb_encrypt();voidAES_cbc_encrypt();voidAES_cfb128_encrypt();voidAES_ofb128_encrypt();AES示例程序见附件A.2。4.1.3RC4RC4密码算法是流算法，也叫序列算法。流算法是从密钥作为种子产生密钥流，明文比特流和密钥流异或即加密。RC4算法由于算法简洁，速度极快，密钥长度可变，而且也没有填充的麻烦，因此在很多场合值得大力推荐。OpenSSL中RC4算法有两个函数:RC4_set_key()设置密钥，RC4()加解密。可以把RC4看作异或，因此加密两次即解密。voidRC4_set_key(RC4_KEY*key,intlen,constunsignedchar*data);voidRC4(RC4_KEY*key,unsignedlonglen,constunsignedchar*indata,unsignedchar*outdata);RC4示例程序见附件A.3。例子A.3.(1)是利用OpenSSL动态库函数。例子A.3.(2)是把RC4的实现代码从OpenSSL中分离出来的。例子A.3.(3)是另一个演示实现。OpenSSL使用指南[e-mail]4.2公钥算法OpenSSL中实