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Crypto++入门学习笔记（DES、AES、RSA、SHA-256）
最先附上 下载地址
背景（只是个人感想，技术上不对后面的内容构成知识性障碍，可以skip）：
最近，基于某些原因和需要，笔者需要去了解一下Crypto++库，然后对一些数据进行一些加密解密的操作。
笔者之前没接触过任何加密解密方面的知识（当然，把每个字符的ASCII值加1之流对明文进行加密的“趣事”还是干过的，当时还很乐在其中。），甚至一开始连Crypto++的名字都没有听过，被BS了之后，就开始了Crypto++的入门探索过程。
最初，大概知道了要了解两大类算法中的几个算法——对称加密算法：DES、AES（后来因为人品好的缘故也了解了下非对称加密算法RSA，后文会详述何谓“人品好”）；散列算法（需要通过Hash运算）：SHA-256。
起初，笔者以为这样的知名算法在网上应该有很多现成的例子。笔者比较懒，对于自己不熟悉的东西，总希望找捷径，直接找别人现（在已经写）成可（编译运）行的代码然后施展ctrl + C，ctrl + V算法（咳，什么算法，是大法！！！）。
However，发觉网上的例子不是稀缺，就是只有代码没有解释。笔者觉得很难忍受这样的“莫名其妙”（奇怪的是笔者容忍了windows了，尽管它不开源），遂决定从零开始……
……写在代码前……
如果之前像笔者一样没相关经验——完全没接触过加密解密——，请务必阅读下文。
一些前期工作——编译cryptlib并使其可用：
本文不涉及这部分内容，因为已经有相对完善的资料：
http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html
总结了一点预备知识：
关于几个算法的介绍，网上各大百科都有，笔者不再详细Ctrl+C/V了。不过在写代码之前，即使复制修改人家代码之前，也有必要了解一下几个算法（除了名称之外）的使用流程（不是算法具体的实现，汗！）。
对称加密：（AES、DES）
相对于与非对称加密而言，加密、解密用的密匙相同。就像日常生活中的钥匙，开门和锁门都是同一把。
详见：http://baike.baidu.com/view/119320.htm
非对称加密：（RSA）
相对于上述的对称加密而言，加密、解密用的密匙不同，有公匙和私匙之分。
详见：http://baike.baidu.com/view/554866.htm
散列算法：（SHA系列，我们熟悉的MD5等）
用途：验证信息有没有被修改。
原理：对长度大的信息进行提炼（通过一个Hash函数），提炼过后的信息长度小很多，得到的是一个固定长度的值（Hash值）。对于两个信息量很大的文件通过比较这两个值，就知道这两个文件是否完全一致（另外一个文件有没有被修改）。从而避免了把两个文件中的信息进行逐字逐句的比对，减少时间开销。
形象地描述：鬼泣3里面维吉尔跟但丁除了发型之外都很像。怎么区分两个双生子？比较他们的DNA就好比是比较信息量很大的文件，然而直接看发型就好比是看Hash值。一眼就看出来了。
注：以上是笔者对几个概念的，非常不严格的，非常主观的，概括的描述，想要详细了解，可以：
http://wenku.baidu.com/view/4fb8e0791711cc7931b716aa.html
几个算法的介绍，选择，比较。
……Code speaking……
平台：WindowsXP
IDE以及工具：Visual Studio 2008 + Visual Assist
库版本：Crypto++ 5.6.0
库的文档（包括类和函数的接口列表）：
http://www.cryptopp.com/docs/ref/index.html
对称加密算法：
DES：
一开始笔者并没有找到关于DES运用的很好的例程，或者说，笔者的搜索功力薄弱，未能找到非常完整的例程吧。
http://bbs.pediy.com/showthread.php?p=745389
笔者以下的代码主要是参考上面URL的论坛回帖，但是作了些修改：
1#include <iostream> 2#include <des.h> 3 4#pragma comment( lib, "cryptlib.lib" ) 5 6using namespace std; 7using namespace CryptoPP; 8 9int main( void )10{11 //主要是打印一些基本信息，方便调试：12 cout << "DES Parameters: " << endl;13 cout << "Algorithm name : " << DES::StaticAlgorithmName() << endl; 14 15 unsigned char key[ DES::DEFAULT_KEYLENGTH ];16 unsigned char input[ DES::BLOCKSIZE ] = "12345";17 unsigned char output[ DES::BLOCKSIZE ];18 unsigned char txt[ DES::BLOCKSIZE ];1920 cout << "input is: " << input << endl;2122 //可以理解成首先构造一个加密器23 DESEncryption encryption_DES;2425 //回忆一下之前的背景，对称加密算法需要一个密匙。加密和解密都会用到。26 //因此，设置密匙。27 encryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );28 //进行加密29 encryption_DES.ProcessBlock( input, output );3031 //显示结果32 //for和for之后的cout可有可无，主要为了运行的时候看加密结果33 //把字符串的长度写成一个常量其实并不被推荐。34 //不过笔者事先知道字符串长，为了方便调试，就直接写下。35 //这里主要是把output也就是加密后的内容，以十六进制的整数形式输出。36 for( int i = 0; i < 5; i++ )37 {38 cout << hex << (int)output[ i ] << ends;39 }40 cout << endl;4142 //构造一个加密器43 DESDecryption decryption_DES; 4445 //由于对称加密算法的加密和解密都是同一个密匙，46 //因此解密的时候设置的密匙也是刚才在加密时设置好的key47 decryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );48 //进行解密，把结果写到txt中49 //decryption_DES.ProcessAndXorBlock( output, xorBlock, txt );50 decryption_DES.ProcessBlock( output, txt );5152 //以上，加密，解密还原过程已经结束了。以下是为了验证：53 //加密前的明文和解密后的译文是否相等。54 if ( memcmp( input, txt, 5 ) != 0 )55 {56 cerr << "DES Encryption/decryption failed.\n";57 abort();58 }59 cout << "DES Encryption/decryption succeeded.\n";60 61 return 0;62}63
回想一下以上代码的编写过程，就可以发现，进行DES加密，流程大概是：
数据准备；
构造加密器；
设置加密密匙；
加密数据；
显示（非必要）；
设置解密密匙（跟加密密匙是同一个key）；
解密数据；
验证与显示（非必要）；
由此可见，主要函数的调用流程就是这样。但是文档没有详细讲，笔者当时打开下载回来的源文件时，就傻了眼。
猜想：
AES和以后的算法，是不是都是按照这些基本的套路呢？
AES：
在实际运用的时候，从代码上看，AES跟DES非常相像。但是值得注意一点的是，AES取代了DES成为21世纪的加密标准。是因为以其密匙长度和高安全性获得了先天优势。虽然界面上看上去没多大区别，但是破解难度远远大于DES。详细情况，在之前的URL有提及过。
很幸运，笔者很快就找到了AES的使用例程，而且很详细：
http://dev.firnow.com/course/3_program/c++/cppsl/2008827/138033.html
1#include <iostream> 2#include <aes.h> 3 4#pragma comment( lib, "cryptlib.lib" ) 5 6using namespace std; 7using namespace CryptoPP; 8 9int main()10{1112 //AES中使用的固定参数是以类AES中定义的enum数据类型出现的，而不是成员函数或变量13 //因此需要用::符号来索引14 cout << "AES Parameters: " << endl;15 cout << "Algorithm name : " << AES::StaticAlgorithmName() << endl; 1617 //Crypto++库中一般用字节数来表示长度，而不是常用的字节数18 cout << "Block size : " << AES::BLOCKSIZE * 8 << endl;19 cout << "Min key length : " << AES::MIN_KEYLENGTH * 8 << endl;20 cout << "Max key length : " << AES::MAX_KEYLENGTH * 8 << endl;2122 //AES中只包含一些固定的数据，而加密解密的功能由AESEncryption和AESDecryption来完成23 //加密过程24 AESEncryption aesEncryptor; //加密器 2526 unsigned char aesKey[AES::DEFAULT_KEYLENGTH]; //密钥27 unsigned char inBlock[AES::BLOCKSIZE] = "123456789"; //要加密的数据块28 unsigned char outBlock[AES::BLOCKSIZE]; //加密后的密文块29 unsigned char xorBlock[AES::BLOCKSIZE]; //必须设定为全零3031 memset( xorBlock, 0, AES::BLOCKSIZE ); //置零3233 aesEncryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH ); //设定加密密钥34 aesEncryptor.ProcessAndXorBlock( inBlock, xorBlock, outBlock ); //加密3536 //以16进制显示加密后的数据37 for( int i=0; i<16; i++ ) {38 cout << hex << (int)outBlock[i] << " ";39 }40 cout << endl;4142 //解密43 AESDecryption aesDecryptor;44 unsigned char plainText[AES::BLOCKSIZE];4546 aesDecryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH );47 //细心的朋友注意到这里的函数不是之前在DES中出现过的：ProcessBlock，48 //而是多了一个Xor。其实，ProcessAndXorBlock也有DES版本。用法跟AES版本差不多。49 //笔者分别在两份代码中列出这两个函数，有兴趣的朋友可以自己研究一下有何差异。50 aesDecryptor.ProcessAndXorBlock( outBlock, xorBlock, plainText );515253 for( int i=0; i<16; i++ ) 54 { 55 cout << plainText[i]; 56 }57 cout << endl;5859 return 0;60}6162
其实来到这里，都可以发现，加密解密的套路也差不多，至于之后笔者在误打误撞中找到的RSA，也只不过是在设置密匙的时候多了私匙和公匙的区别而已。笔者总觉得，有完整的例程对照学习，是一件很幸福的事情。
非对称加密算法：
RSA：
小背景：
其实，笔者在一开始并没有接到“了解RSA”的要求。不过由于笔者很粗心，在看AES的时候只记得A和S两个字母，Google的时候就误打误撞Google了一个RSA。其实RSA方面的资料还是挺多的，因此它事实上是笔者第一个编译运行成功的Crypto++库中算法的应用实例。
http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html
以下代码主要是按照上述URL中提供的代码写成的，作为笔者的第一份有效学习资料，笔者认为作为调用者的我们，不用清楚算法实现的细节。只需要明白几个主要函数的功用和调用的次序即可。
由以下代码可以看出，其实RSA也离不开：数据准备、设置密匙（注意，有公匙和私匙）、加密解密这样的套路。至于如何产生密匙，有兴趣的朋友可以到Crypto++的主页上下载源文件研究。作为入门和了解阶段，笔者觉得：只需要用起来即可。
1//version at Crypto++ 5.60 2#include "randpool.h" 3#include "rsa.h" 4#include "hex.h" 5#include "files.h" 6#include <iostream> 7 8using namespace std; 9using namespace CryptoPP; 10 11#pragma comment(lib, "cryptlib.lib") 12 13 14//------------------------ 15 16// 函数声明 17 18//------------------------ 19 20void GenerateRSAKey( unsigned int keyLength, const char *privFilename, const char *pubFilename, const char *seed ); 21string RSAEncryptString( const char *pubFilename, const char *seed, const char *message ); 22string RSADecryptString( const char *privFilename, const char *ciphertext ); 23RandomPool & GlobalRNG(); 24 25//------------------------ 26// 主程序 27//------------------------ 28 29void main( void ) 30 31{ 32 char priKey[ 128 ] = { 0 }; 33 char pubKey[ 128 ] = { 0 }; 34 char seed[ 1024 ] = { 0 }; 35 36 // 生成 RSA 密钥对 37 strcpy( priKey, "pri" ); // 生成的私钥文件 38 strcpy( pubKey, "pub" ); // 生成的公钥文件 39 strcpy( seed, "seed" ); 40 GenerateRSAKey( 1024, priKey, pubKey, seed ); 41 42 // RSA 加解密 43 char message[ 1024 ] = { 0 }; 44 cout<< "Origin Text:\t" << "Hello World!" << endl << endl; 45 strcpy( message, "Hello World!" ); 46 string encryptedText = RSAEncryptString( pubKey, seed, message ); // RSA 公匙加密 47 cout<<"Encrypted Text:\t"<< encryptedText << endl << endl; 48 string decryptedText = RSADecryptString( priKey, encryptedText.c_str() ); // RSA 私匙解密 49} 50 51 52 53//------------------------ 54 55// 生成RSA密钥对 56 57//------------------------ 58 59void GenerateRSAKey(unsigned int keyLength, const char *privFilename, const char *pubFilename, const char *seed) 60{ 61 RandomPool randPool; 62 randPool.Put((byte *)seed, strlen(seed)); 63 64 RSAES_OAEP_SHA_Decryptor priv(randPool, keyLength); 65 HexEncoder privFile(new FileSink(privFilename)); 66 67 priv.DEREncode(privFile); 68 privFile.MessageEnd(); 69 70 RSAES_OAEP_SHA_Encryptor pub(priv); 71 HexEncoder pubFile(new FileSink(pubFilename)); 72 pub.DEREncode(pubFile); 73 74 pubFile.MessageEnd(); 75 76 return ； 77} 78 79 80 81//------------------------ 82 83// RSA加密 84 85//------------------------ 86 87string RSAEncryptString( const char *pubFilename, const char *seed, const char *message ) 88{ 89 FileSource pubFile( pubFilename, true, new HexDecoder ); 90 RSAES_OAEP_SHA_Encryptor pub( pubFile ); 91 92 RandomPool randPool; 93 randPool.Put( (byte *)seed, strlen(seed) ); 94 95 string result; 96 StringSource( message, true, new PK_EncryptorFilter(randPool, pub, new HexEncoder(new StringSink(result))) ); 97 98 return result; 99}100101102103//------------------------104// RSA解密105//------------------------106107string RSADecryptString( const char *privFilename, const char *ciphertext )108{109 FileSource privFile( privFilename, true, new HexDecoder );110 RSAES_OAEP_SHA_Decryptor priv(privFile);111112 string result;113 StringSource( ciphertext, true, new HexDecoder(new PK_DecryptorFilter(GlobalRNG(), priv, new StringSink(result))) );114115 return result;116}117118119120//------------------------121122// 定义全局的随机数池123124//------------------------125126RandomPool & GlobalRNG()127{128 static RandomPool randomPool;129 return randomPool;130}131132
散列算法：
SHA-256
SHA-256主要是用来求一大段信息的Hash值，跟之前三个用于加密、解密的算法有所不同。用到SHA的场合，多半是为了校验文件。
笔者的参考资料：http://hi.baidu.com/magic475/blog/item/19b37a8c1fa15a14b21bbaeb.html
请注意，笔者在实现的时候，稍微修改了一下两个子函数的实现，以满足笔者的需求。因此会与上述URL中的代码有差异。
1//http://hi.baidu.com/magic475/blog/item/19b37a8c1fa15a14b21bbaeb.html 2#include <iostream> 3#include <string.h> 4 5#include "sha.h" 6#include "secblock.h" 7#include "modes.h" 8#include "hex.h" 9 10#pragma comment( lib, "cryptlib.lib") 11 12using namespace std; 13using namespace CryptoPP; 14 15void CalculateDigest(string &Digest, const string &Message); 16bool VerifyDigest(const string &Digest, const string &Message); 17 18int main( void ) 19{ 20 //main函数中注释掉的，关于strMessage2的代码，其实是笔者模拟了一下 21 //通过求Hash值来对“大”量数据进行校验的这个功能的运用。 22 //注释之后并不影响这段代码表达的思想和流程。 23 string strMessage( "Hello world" ); 24 string strDigest; 25 //string strMessage2( "hello world" ); //只是第一个字母不同 26 //string strDigest2; 27 28 CalculateDigest( strDigest, strMessage ); //计算Hash值并打印一些debug信息 29 cout << "the size of Digest is: " << strDigest.size() << endl; 30 cout << "Digest is: " << strDigest << endl; 31 32 //CalculateDigest( strDigest2, strMessage2 ); 33 //why put this function here will affect the Verify function? 34 //作者在写代码的过程中遇到的上述问题。 35 //如果把这行代码的注释取消，那么之后的运行结果就不是预料中的一样： 36 //即使strDigest也无法对应strMessage，笔者不知道为什么，希望高手指出，谢谢！ 37 38 bool bIsSuccess = false; 39 bIsSuccess = VerifyDigest( strDigest, strMessage ); 40 //通过校验，看看strDigest是否对应原来的message 41 if( bIsSuccess ) 42 { 43 cout << "sussessive verify" << endl; 44 cout << "origin string is: " << strMessage << endl << endl; 45 } 46 else 47 { 48 cout << "fail!" << endl; 49 } 50 51 //通过strDigest2与strMessage进行校验，要是相等， 52 //就证明strDigest2是对应的strMessage2跟strMessage1相等。 53 //否则，像这个程序中的例子一样，两个message是不相等的 54 /*CalculateDigest( strDigest2, strMessage2 ); 55 bIsSuccess = VerifyDigest( strDigest2, strMessage ); 56 if( !bIsSuccess ) 57 { 58 cout << "success! the tiny modification is discovered~" << endl; 59 cout << "the origin message is: \n" << strMessage << endl; 60 cout << "after modify is: \n" << strMessage2 << endl; 61 }*/ 62 return 0; 63} 64 65 66//基于某些原因，以下两个子函数的实现跟原来参考代码中的实现有所区别, 67//详细原因，笔者在CalculateDigest函数的注释中写明 68void CalculateDigest(string &Digest, const string &Message) 69{ 70 SHA256 sha256; 71 int DigestSize = sha256.DigestSize(); 72 char* byDigest; 73 char* strDigest; 74 75 byDigest = new char[ DigestSize ]; 76 strDigest = new char[ DigestSize * 2 + 1 ]; 77 78 sha256.CalculateDigest((byte*)byDigest, (const byte *)Message.c_str(), Message.size()); 79 memset(strDigest, 0, sizeof(strDigest)); 80 //uCharToHex(strDigest, byDigest, DigestSize); 81 //参考的代码中有以上这么一行，但是貌似不是什么库函数。 82 //原作者大概是想把Hash值转换成16进制数保存到一个string buffer中， 83 //然后在主程序中输出，方便debug的时候对照查看。 84 //但是这并不影响计算Hash值的行为。 85 //因此笔者注释掉了这行代码，并且修改了一下这个函数和后面的VerifyDigest函数， 86 //略去原作者这部分的意图，继续我们的程序执行。 87 88 Digest = byDigest; 89 90 delete []byDigest; 91 byDigest = NULL; 92 delete []strDigest; 93 strDigest = NULL; 94 95 return; 96} 97 98bool VerifyDigest(const string &Digest, const string &Message) 99{100 bool Result;101 SHA256 sha256;102 char* byDigest;103104 byDigest = new char[ sha256.DigestSize() ];105 strcpy( byDigest, Digest.c_str() );106107 //HexTouChar(byDigest, Digest.c_str(), Digest.size());108 //为何注释掉，请参看CalculateDigest函数的注释109 Result = sha256.VerifyDigest( (byte*)byDigest, (const byte *)Message.c_str(), Message.size() );110111 delete []byDigest;112 byDigest = NULL;113 return Result;114}115116
如果下载了库不知道怎么编译的：可以看看
crypto++的安装
首先到www.cryptopp.com上下载最新版本的源代码，如果是windows版的，会得到一个vc的项目，直接用vc打开就可以编译了。这里建议大家使用最新版的c++编译器，因为诸如vc6的编译器是不支持c++的标准的，很多符合c++标准的代码不能编译通过。编译的时间比较长，完成后会生成cryptlib.lib这个库文件。可以将crypto++源文件的目录命名为cryptopp，拷贝到编译器的include目录（例如：c:\vs.net\vc7\include），将cryptlib.lib文件拷贝到编译器的lib目录。这样我们只需要说明链接cryptlib.lib即可。例如在vc7中在项目->属性->链接器->命令行->附加选项中添加“cryptlib.lib”。
hello world
现在写一个hello world程序看看能不能编译通过。
#include <iostream> int main() return 0; |
Crypto++入门学习笔记（DES、AES、RSA、SHA-256）