openssl之aes加密（源碼分析 AES_encrypt 與 AES_cbc_encrypt ，加密模式）

時間 2019-11-29

標籤 openssl aes 加密源碼分析 encrypt cbc 模式欄目 SSL 简体版

原文原文鏈接

首先要了解AES加密是什麼，以及幾種加密模式的區別。以後纔是編程。具體的編程案例，在下面的連接。html

openssl之aes加密（AES_cbc_encrypt 與 AES_encrypt 的編程案例）算法

下面這個連接有詳細圖解。

http://www.cnblogs.com/adylee/archive/2007/09/14/893438.html

AES加密算法 - 加密模式編程

ECB模式

　　優勢:

　　1.簡單；

　　2.有利於並行計算；

　　3.偏差不會被傳送；

　　缺點:

　　1.不能隱藏明文的模式；

　　2.可能對明文進行主動攻擊；

CBC模式：

　　優勢：

　　1.不容易主動攻擊,安全性好於ECB,適合傳輸長度長的報文,是SSL、IPSec的標準。

　　缺點：

　　1.不利於並行計算；

　　2.偏差傳遞；

　　3. 須要初始化向量IV

CFB模式：

　　優勢：

　　1.隱藏了明文模式;

　　2.分組密碼轉化爲流模式;

　　3.能夠及時加密傳送小於分組的數據;

　　缺點:

　　1.不利於並行計算;

　　2.偏差傳送：一個明文單元損壞影響多個單元;

　　3.惟一的IV;

ofb模式：

　　優勢:

　　1.隱藏了明文模式;

　　2.分組密碼轉化爲流模式;

　　3.能夠及時加密傳送小於分組的數據;

　　缺點:

　　1.不利於並行計算;

　　2.對明文的主動攻擊是可能的;

　　3.偏差傳送：一個明文單元損壞影響多個單元;

瞭解這些加密模式以後，再看openssl提供的接口就好理解了。

openssl提供的aes加密接口安全

如下接口來自「crypto/aes/aes.h」，有openssl源碼。

//設置加密和解密器

int AES_set_encrypt_key(const unsigned char *userKey, const int bits,

AES_KEY *key);

int AES_set_decrypt_key(const unsigned char *userKey, const int bits,

AES_KEY *key);

//默認的加密解密方式，參數好理解

void AES_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

const AES_KEY *key);

void AES_decrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

const AES_KEY *key);

//下面這些也是經常使用的加密方式，可是參數不少，而源碼對於參數使用介紹很少，只能摸索

void AES_ecb_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

const AES_KEY *key, const int enc);

void AES_cbc_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char *ivec, const int enc); //參數相對複雜

void AES_cfb128_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char *ivec, int *num, const int enc);

void AES_cfb1_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char *ivec, int *num, const int enc);

void AES_cfb8_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char *ivec, int *num, const int enc);

void AES_ofb128_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char *ivec, int *num);

void AES_ctr128_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,

size_t length, const AES_KEY *key,

unsigned char ivec[AES_BLOCK_SIZE],

unsigned char ecount_buf[AES_BLOCK_SIZE],

unsigned int *num);

從下面這個文件能夠看出， AES_encrypt 就是ecb加密的方式。而AES_set_encrypt_key和 AES_encrypt，它們的實如今"crypto/aes/aes_x86core.c"和 "crypto/aes/aes_core.c"，也就是有兩個版本，根據平臺選擇。看源碼。

" crypto/aes/ aes_ecb.c"

void AES_ecb_encrypt ( const unsigned char * in , unsigned char * out ,

const AES_KEY * key , const int enc ) {

assert ( in && out && key );

assert (( AES_ENCRYPT == enc )||( AES_DECRYPT == enc ));

if ( AES_ENCRYPT == enc )

AES_encrypt ( in , out , key );

else

AES_decrypt ( in , out , key );

}

從這裏能夠看出，ecb方式的加密，是由AES_encrypt接口實現的。

而cbc的加密方式在另外的地方實現了，下面給出目錄以及源代碼。

"crypto/aes/aes_cbc.c"

void AES_cbc_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out, size_t len, const AES_KEY *key, unsigned char *ivec, const int enc) { if (enc) CRYPTO_cbc128_encrypt(in,out,len,key,ivec,(block128_f)AES_encrypt); else CRYPTO_cbc128_decrypt(in,out,len,key,ivec,(block128_f)AES_decrypt); }函數

從這裏看出，cbc加密方式，調用接口CRYPTO_cbc128_decrypt，而它又將AES_encrypt做爲參數傳入。ui

"crypto/modes/ cbc128.c"

void CRYPTO_cbc128_encrypt ( const unsigned char * in , unsigned char * out ,

size_t len , const void * key ,

unsigned char ivec [ 16 ], block128_f block )

{ //這裏的block就是AES_encrypt

size_t n;

const unsigned char *iv = ivec;

assert(in && out && key && ivec);

#if !defined(OPENSSL_SMALL_FOOTPRINT)

if (STRICT_ALIGNMENT &&

((size_t)in|(size_t)out|(size_t)ivec)%sizeof(size_t) != 0) {

while (len>=16) {

for(n=0; n<16; ++n)

out[n] = in[n] ^ iv[n]; //輸入與初始化向量進行異或，保存在out

(*block)(out, out, key); //調用AES_encrypt進行加密，異或結果out做爲加密輸入

//加密輸出結果也保存在out裏面，

iv = out; //將前一次密文，做爲後一次的初始化向量，從而完成加密

len -= 16;

in += 16;

out += 16;

}

} else {

while (len>=16) {

for(n=0; n<16; n+=sizeof(size_t))

*(size_t*)(out+n) =

*(size_t*)(in+n) ^ *(size_t*)(iv+n);

(*block)(out, out, key);

iv = out;

len -= 16;

in += 16;

out += 16;

}

}

#endif

while (len) {

for(n=0; n<16 && n<len; ++n)

out[n] = in[n] ^ iv[n]; //in和iv異或

for(; n<16; ++n) //若是in長度不是16的整數倍

out[n] = iv[n]; //最後的out直接用iv初始化，其實也就至關於out與0進行異或

(*block)(out, out, key);

iv = out;

if (len<=16) break; //加密結束

len -= 16;

in += 16;

out += 16;

}

memcpy(ivec,iv,16);

}

//從上面的源碼能夠看出，cbc本質上和ecb差異不大，惟一區別是將前一次加密結果，與要加密的內容異或。所以，cbc的並行性較差，由於每次都要等待前一次的結果，而ecb則不用，速度較快。其主要區別仍然看文章開頭，原理圖看參考連接。

調用實例：

int aes_encrypt(char* in, char* key, char* out)//, int olen)
{
    if(!in || !key || !out) return 0;
    AES_KEY aes;
    if(AES_set_encrypt_key((unsigned char*)key, 128, &aes) < 0)
    {
        return 0;
    }
    int len=strlen(in)/<span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">AES_BLOCK_SIZE*</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">AES_BLOCK_SIZE</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">, en_len=0;</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">
</span>    while(en_len<len)//輸入輸出字符串夠長，而且是AES_BLOCK_SIZE的整數倍，須要嚴格限制
    {
    	AES_encrypt((unsigned char*)in, (unsigned char*)out, &aes);
    	in+=AES_BLOCK_SIZE;
    	out+=AES_BLOCK_SIZE;
    	en_len+=AES_BLOCK_SIZE;
    }
    return 1;
}
int aes_decrypt(char* in, char* key, char* out)
{
    if(!in || !key || !out) return 0;
    AES_KEY aes;
    if(AES_set_decrypt_key((unsigned char*)key, 128, &aes) < 0)
    {
        return 0;
    }
    int len=strlen(in), en_len=0;
    while(en_len<len)
    {
    	AES_decrypt((unsigned char*)in, (unsigned char*)out, &aes);
    	in+=AES_BLOCK_SIZE;
    	out+=AES_BLOCK_SIZE;
    	en_len+=AES_BLOCK_SIZE;
    }
    return 1;
}

最近遇到一個坑，

AES_encrypt <pre code_snippet_id="232583" snippet_file_name="blog_20140312_1_226454" name="code" class="cpp" style="color: rgb(55, 42, 24); font-size: 16px; line-height: 28px;">AES_decrypt

就是這兩個函數讓我折騰了四五天，心力憔悴，幾近崩潰，也許是走火入魔了，由於遇到了挑戰，非要幹掉它，而不是繞過！

int aes_encrypt(char* in, char* key, char* out)//, int olen)
{
    if(!in || !key || !out) return 0;
    AES_KEY aes;
    if(AES_set_encrypt_key((unsigned char*)key, 128, &aes) < 0)
    {
        return 0;
    }
    <pre code_snippet_id="232583" snippet_file_name="blog_20140312_1_226454" name="code" class="cpp" style="color: rgb(55, 42, 24); font-size: 16px; line-height: 28px;">    int len=strlen(in)/<span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">AES_BLOCK_SIZE*</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">AES_BLOCK_SIZE</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">, en_len=0;</span>

char *lptmp = new char[len+1];

memset(lptmp, '\0', len+1);
    while(en_len<len)//輸入輸出字符串夠長，而且是AES_BLOCK_SIZE的整數倍，須要嚴格限制
    {
    	AES_encrypt((unsigned char*)in, (unsigned char*)lptmp, &aes);
    	in+=AES_BLOCK_SIZE;
    	<span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">lptmp</span><span style="font-family: 'Hiragino Sans GB W3', 'Hiragino Sans GB', Arial, Helvetica, simsun, u5b8bu4f53;">+=AES_BLOCK_SIZE;</span>
    	en_len+=AES_BLOCK_SIZE;

<span style="color:#372a18;">        //hex(lptmp)  </span><strong><span style="color:#ff0000;">那麼就發現第一個數據塊加密的結果是對的，後面就錯誤了，加密後的數據不少是0，查了openssl的</span></strong>

<strong><span style="color:#ff0000;">        //源代碼這個aes這塊的加解密是線程安全的，有誰知道緣由？</span></strong>

if(lptmp)

delete []lptmp;

lptmp = NULL;

}
    return 1;
}

最後給出一個連接，利用openssl的AES接口進行編程。

openssl之aes編程（AES_cbc_encrypt 與 AES_encrypt）

參考資料：

http://www.baike.com/wiki/AES%E5%8A%A0%E5%AF%86%E7%AE%97%E6%B3%95 （互動百科）

分組對稱加密模式:ECB/CBC/CFB/OFB缺CTR

AES CBC和CTR加解密實例

http://fossies.org/dox/openssl-1.0.1f/index.html （詳細源碼）

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