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《ASCE1885的信息安全》のCryptoAPI---密钥的产生和交换函数
在公开密码算法的前提下，数据的安全取决于密钥。因此，密钥的产生、销毁、交换（分发）是数据保密工作中的重要部分。
CryptoAPI密钥产生和交换函数主要有生成密钥函数CryptGenKey、派生密钥函数CryptDeriveKey、销毁密钥函数CryptDestroyKey、复制密钥函数CryptDuplicateKey、导出密钥函数CryptExportKey、导入密钥函数CryptImportKey、获得密钥参数函数CryptGetKeyParam、设置密钥参数函数CryptSetKeyParam、产生随机函数CryptGenRandom、
一、生成函数CryptGenKey：
功能：产生一个随机的对称或非对称算法的密钥；
原型：
BOOL WINAPI CryptGenKey(
__in HCRYPTPROV hProv, //CSP句柄指针
__in ALG_ID Algid, //密码算法标识
__in DWORD dwFlags, //标志位，指定生成密钥的参数，
//如对称密钥的长度,RSA密钥的长度
__out HCRYPTKEY *phKey //新产生的密钥的句柄
);
其中，Algid参数取值如下：
CALG_HMAC---HMAC带密钥的摘要算法；
CALG_MD2---MD2摘要算法；
CALG_MD4---MD4摘要算法；
CALG_MD5---MD5摘要算法；
CALG_SHA---SHA摘要算法；
CALG_SHA1---SHA1摘要算法；
CALG_MAC---MAC算法；
CALG_SSL3_SHAMD5---SSLV3客户端算法；
CALG_RSA_SIGN---RSA签名算法；
CALG_DSS_SIGN---DSS签名算法；
CALG_RSA_KEYX---RSA加密算法；
CALG_DES---DES---对称加密算法；
CALG_3DES_112---112位的3DES加密算法；
CALG_3DES---3DES加密算法；
CALG_RC2---RC2分组算法；
CALG_RC4---RC4流加密算法。
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，使用GetLastError获取更多信息。
二、派生密钥函数CryptDeriveKey：
功能：根据基础数据派生以对称密钥（会话密钥）；
原型：
BOOL WINAPI CryptDeriveKey(
__in HCRYPTPROV hProv, //CSP句柄指针
__in ALG_ID Algid, //密码算法标识
__in HCRYPTHASH hBaseData, //基础数据的摘要句柄
__in DWORD dwFlags, //标志位
__inout HCRYPTKEY *phKey //新产生的会话密钥句柄
);
此函数和CryptGenKey函数相似，不同的是CryptGenKey是通过随机数产生的，而CryptDeriveKey是通过指定的数据产生的。CryptDeriveKey只能产生对称算法的会话密钥，不能产生非对称算法的公/私钥。
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，使用GetLastError获取更多信息。
三、销毁密钥函数CryptDestroyKey：
功能：销毁密钥；
原型：
BOOL WINAPI CryptDestroyKey(
__in HCRYPTKEY hKey //密钥句柄
);
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，使用GetLastError()获取更多信息。
下面的示例由一个密码产生会话密钥：
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <conio.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "crypt32.lib")
#define PASSWORD_LENGTH 512
void HandleError(TCHAR* s);
void GetConsoleInput(CHAR*, UINT);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HCRYPTPROV hCryptProv;
HCRYPTKEY hKey;
HCRYPTHASH hHash;
CHAR szPassword[PASSWORD_LENGTH] = "";
DWORD dwLength;
fprintf(stderr, "请输入用于产生会话密钥的密码：");
//获得用户输入密码，控制台上显示的是*号
GetConsoleInput(szPassword, PASSWORD_LENGTH);
printf("密码已保存/n");
dwLength = (DWORD)strlen(szPassword);
//获得CSP句柄
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL,
PROV_RSA_FULL, 0))
{
HandleError(L"获取CSP句柄时出错");
}
//创建一个空的哈希对象
if(!CryptCreateHash(hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash))
{
HandleError(L"创建空的哈希对象时出错");
}
//对密码进行哈希
if(!CryptHashData(hHash, (BYTE*)szPassword, dwLength, 0))
{
HandleError(L"对密码进行哈希时出错");
}
//由密码的哈希值创建会话密钥
if(!CryptDeriveKey(hCryptProv, CALG_RC2, hHash,
CRYPT_EXPORTABLE, &hKey))
{
HandleError(L"由密码的哈希值创建会话密钥时出错");
}
//这里使用上面得到的会话密钥进行加解密等操作，略...
//释放资源
if(hHash)
{
if(!CryptDestroyHash(hHash))
HandleError(L"销毁哈希对象时出错");
}
if(hKey)
{
if(!CryptDestroyKey(hKey))
HandleError(L"销毁会话密钥时出错");
}
if(hCryptProv)
{
if(!CryptReleaseContext(hCryptProv, 0))
HandleError(L"释放CSP句柄时出错");
}
printf("程序正常结束运行/n");
system("pause");
return 0;
}
void HandleError(TCHAR* s)
{
_tprintf(TEXT("程序运行出现错误./n"));
_tprintf(TEXT("%s/n"),s);
_tprintf(TEXT("错误代码%x/n."), GetLastError());
_tprintf(TEXT("程序终止./n"));
exit(1);
}
//从键盘获取字符串输入，并控制台上*号显示
void GetConsoleInput(char* strInput, UINT intMaxChars)
{
char ch;
char minChar = ‘ ‘;
minChar++;
ch = _getch();
while(ch != ‘/r‘)
{
if(ch == ‘/b‘ && strlen(strInput) > 0)
{
strInput[strlen(strInput)-1] = ‘/0‘;
printf("/b /b");
}
else if((ch >= minChar) && (strlen(strInput) < intMaxChars))
{
strInput[strlen(strInput)+1] = ‘/0‘;
strInput[strlen(strInput)] = ch;
_putch(‘*‘);
}
ch = _getch();
}
_putch(‘/n‘);
}
四、复制密钥函数CryptDuplicateKey：
功能：复制一个密钥，产生一个密钥的拷贝，包括其状态；
原型：
BOOL WINAPI CryptDuplicateKey(
__in HCRYPTKEY hKey, //密钥句柄
__in DWORD *pdwReserved, //保留参数，必须为NULL
__in DWORD dwFlags, //保留参数，必须为0
__out HCRYPTKEY *phKey //复制后的密钥句柄
);
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，使用GetLastError()获取更多信息。
五、获得密钥参数函数CryptGetKeyParam：
功能：获得key句柄的各项参数；
原型：
BOOL WINAPI CryptGetKeyParam(
__in HCRYPTKEY hKey, //密钥句柄
__in DWORD dwParam, //参数类型
__out BYTE *pbData, //接收key参数数据缓冲区指针
__inout DWORD *pdwDataLen, //输出的数据长度
__in DWORD dwFlags //保留参数，必须为0
);
其中，对于所有的key，dwParam可取值如下：
KP_ALGID---算法ID；
KP_BLOCKLEN---如果hKey为会话密钥，则此参数获得对称算法分组长度（单位为比特）；
如果hKey为非对称密钥，则此参数获得密钥对加密强度（单位为比特，如1024bits RSA）
KP_KEYLEN---密钥长度；
KP_SALT---salt值，不使用于非对称密钥对；
对于对称密钥或者会话密钥，dwParam还可取值如下：
KP_IV---初始化向量；
KP_PADDING---补位的方式；
KP_MODE---加密模式（CBC、ECB等）。
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，调用GetLastError()获得更多信息。
六、获得密钥参数函数CryptSetKeyParam：
功能：设置key句柄的各项参数；
原型：
BOOL WINAPI CryptSetKeyParam(
__in HCRYPTKEY hKey, //密钥句柄
__in DWORD dwParam, //参数类型
__in const BYTE *pbData, //参数数据缓冲区指针
__in DWORD dwFlags //只用于dwParam为KP_ALGID时
);
其中dwParam可取值如下：
KP_ALGID---算法ID；
KP_SALT---salt值，不适用于非对称密钥对；
KP_IV---初始化向量；
KP_PADDING---补位的方式；
KP_MODE---加密模式（CBC，ECB等）；
KP_CERTIFICATE---设置数字证书，对于RSA密钥，设置与其对应的数字证书；pbData即为DER编码的X509证书指针；
KP_KEYEXCHANGE_PIN---设置操作该交换密钥的口令；
KP_SIGNATRUE_PIN---设置操作该签名密钥的口令。
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，调用GetLastError()获得更多信息。
七、获得随机数函数CryptGenRandom：
功能：生成随机数；
原型：
BOOL WINAPI CryptGenRandom(
__in HCRYPTPROV hProv, //CSP句柄
__in DWORD dwLen, //生成随机数的长度
__inout BYTE *pbBuffer //接收随机数缓冲区的指针
);
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，调用GetLastError()获得更多信息。
下面代码示例演示了复制一个会话密钥的过程：
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <conio.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "crypt32.lib")
//#define ASCE_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING)
#define PASSWORD_LENGTH 512
void HandleError(TCHAR* s);
void GetConsoleInput(CHAR*, UINT);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HCRYPTPROV hCryptProv;
HCRYPTKEY hOriginalKey;
HCRYPTKEY hDuplicateKey;
DWORD dwMode;
BYTE pbData[16];
printf("本程序创建一个会话密钥，并复制它，同时添加参数到原会话密钥中/n");
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, NULL,
PROV_RSA_FULL, 0))
{
HandleError("创建CSP句柄时出错");
}
//生成一个会话密钥
if(!CryptGenKey(hCryptProv, CALG_RC4, 0, &hOriginalKey))
{
HandleError("生成会话密钥时出错");
}
//复制会话密钥
if(!CryptDuplicateKey(hOriginalKey, NULL, 0, &hDuplicateKey))
{
HandleError("复制会话密钥时出错");
}
//给原会话密钥设置参数
dwMode = CRYPT_MODE_ECB;
if(!CryptSetKeyParam(hOriginalKey, KP_MODE,
(BYTE*)&dwMode, 0))
{
HandleError("给原会话密钥设置参数时出错");
}
//生成一个随机初始化向量
if(!CryptGenRandom(hCryptProv, 8, pbData))
{
HandleError("生成一个随机初始化向量时出错");
}
//给原会话密钥设置初始化向量
if(!CryptSetKeyParam(hOriginalKey, KP_IV, pbData, 0))
{
HandleError("给原会话密钥设置初始化向量时出错");
}
//释放资源
if(hOriginalKey)
{
if(!CryptDestroyKey(hOriginalKey))
HandleError(L"销毁原会话密钥时出错");
}
if(hDuplicateKey)
{
if(!CryptDestroyKey(hDuplicateKey))
HandleError(L"销毁复制会话密钥时出错");
}
if(hCryptProv)
{
if(!CryptReleaseContext(hCryptProv, 0))
HandleError(L"释放CSP句柄时出错");
}
printf("程序正常结束运行/n");
system("pause");
return 0;
}
void HandleError(TCHAR* s)
{
_tprintf(TEXT("程序运行出现错误./n"));
_tprintf(TEXT("%s/n"),s);
_tprintf(TEXT("错误代码%x/n."), GetLastError());
_tprintf(TEXT("程序终止./n"));
exit(1);
}
八、导出密钥函数CryptExportKey：
功能：从CSP导出密钥或密钥对；
原型：
BOOL WINAPI CryptExportKey(
__in HCRYPTKEY hKey, //要导出的密钥句柄
__in HCRYPTKEY hExpKey, //目标用户的加密密钥，用于加密要导出的数
__in DWORD dwBlobType, //pbData中的数据类型
__in DWORD dwFlags, //标志位
__out BYTE *pbData, //接收导出密钥数据块的缓冲区指针
__inout DWORD *pdwDataLen //pbData字节大小
);
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，调用GetLastError()获得更多信息。
九、导入密钥函数CryptImportKey：
功能：把BLOB数据导入CSP，该函数可导入会话密钥、公钥、或者公私钥对。
原型：
BOOL WINAPI CryptImportKey(
__in HCRYPTPROV hProv, //CSP句柄
__in BYTE *pbData, //BLOB数据
__in DWORD dwDataLen, //BLOB数据长度
__in HCRYPTKEY hPubKey, //此参数的意义根据CSP类型以及导入的BLOB数据的类型不同而不同：如果BLOB数据是由交换密钥加密的，该参数就是交换密钥的句柄
如果BLOB数据是由会话密钥加密的，该参数就是会话密钥的句柄
如果BLOB数据没有被加密，则该参数为NULL
__in DWORD dwFlags, //标志位
__out HCRYPTKEY *phKey //导入密钥的句柄
);
返回值：操作成功返回TRUE，否则返回FALSE，调用GetLastError()获得更多信息。
下面代码演示了密钥的导入和导出操作：
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "crypt32.lib")
//存在数组中的明文密钥BLOB，数组格式必须如下所示：
// BLOBHEADER hdr;
// DWORD dwKeySize;
// BYTE rgbKeyData[];
BYTE DesKeyBlob[] =
{
0x08, 0x02, 0x00, 0x00, 0x01, 0x66, 0x00, 0x00, //BLOB header
0x08, 0x00, 0x00, 0x00, //key length, in bytes
0xf1, 0x0e, 0x25, 0x7c, 0x6b, 0xce, 0x0d, 0x34 //DES key with parity
};
//#define ASCE_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING)
#define PASSWORD_LENGTH 512
void HandleError(TCHAR* s);
void GetConsoleInput(CHAR*, UINT);
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HCRYPTPROV hCryptProv = NULL;
HCRYPTKEY hKey = NULL;
DWORD dwBlobLen;
BYTE* pbKeyBlob;
//获得CSP句柄
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, NULL, MS_ENHANCED_PROV,
PROV_RSA_FULL, CRYPT_VERIFYCONTEXT))
{
//如果密钥容器打不开，则创建一个新的
if(NTE_BAD_KEYSET == GetLastError())
{
if(!CryptAcquireContext(&hCryptProv, L"ASCEContainer",
MS_ENHANCED_PROV, PROV_RSA_FULL,
CRYPT_NEWKEYSET |CRYPT_VERIFYCONTEXT))
{
printf("创建新的密钥容器出错/n");
return -1;
}
else
{
printf("打开密钥容器失败/n");
return -1;
}
}
}
//导入PLAINTEXTKEYBLOB数组到密钥容器中
if(!CryptImportKey(hCryptProv, DesKeyBlob,
sizeof(DesKeyBlob), 0, CRYPT_EXPORTABLE, &hKey))
{
printf("导入密钥时出错/n");
return -1;
}
//将刚导入的密钥导出来，验证是否正确
if(!CryptExportKey(hKey, NULL, PLAINTEXTKEYBLOB,
0, NULL, &dwBlobLen))
{
printf("获取BLOB长度时出错/n");
return -1;
}
if(!(pbKeyBlob = (BYTE*)malloc(dwBlobLen)))
{
printf("分配内存时出错/n");
return -1;
}
if(!CryptExportKey(hKey, NULL, PLAINTEXTKEYBLOB,
0, pbKeyBlob, &dwBlobLen))
{
printf("导出密钥时出错/n");
return -1;
}
DWORD count;
//打印明文BLOB以验证密钥导入是否正确
for(count=0; count<dwBlobLen;)
{
printf("%02x", pbKeyBlob[count]);
count++;
}
//释放资源
if(pbKeyBlob)
{
free(pbKeyBlob);
}
if(hCryptProv)
{
if(!CryptReleaseContext(hCryptProv, 0))
HandleError(L"释放CSP句柄时出错");
}
printf("程序正常结束运行/n");
system("pause");
return 0;
}
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