OpenSSL EVP(high-level cryptographic functions)提供了丰富的密码学中的各种函数。OpenSSL中实现了各种对称算法、摘要算法以及签名/验签算法。EVP函数将这些具体的算法进行了封装。 EVP主要封装了如下功能函数： 1）实现了BASE64编解码BIO； 2）实现了加解密BIO； 3）实现了摘要BIO； 4）实现了reliable BIO； 5）封装了摘要算法； 6）封装了对称加解密算法； 7）封装了非对称密钥的加密(公钥)、解密(私钥)、签名与验证以及辅助函数； 8）基于口令的加密(PBE)； 9）对称密钥处理； 10）数字信封：数字信封用对方的公钥加密对称密钥，数据则用此对称密钥加密。发送给对方时，同时发送对称密钥密文和数据密文。接收方首先用自己的私钥解密密钥密文，得到对称密钥，然后用它解密数据。 11）其他辅助函数。 本文假设你已经安装好了OpenSSL，并且持有一份1.1.1的源码。 EVP相关的头文件在evp.h中、源文件在crypto/evp目录中。 由于EVP的功能过于强大，再加上我的精力和水平有限，暂时只对部分功能进行摘录和说明。 这个结构定义了摘要算法的抽象方法。主要字段含义： type —— 摘要算法的NID。 pkey_type —— 与摘要算法相关的密钥NID。 md_size —— 摘要值的输出大小。 flags —— 内部标志。 init —— 初使化函数。 update —— 输入计算函数。 final —— 输出计算函数。 copy —— 摘要运算上下文复制函数。 cleanup —— 摘要运算上下文清理函数。 block_size —— 摘要运算分组大小。 ctx_size —— 摘要运算分组缓冲区大小。 md_ctrl —— 摘要运算指令控制函数。 支持的摘要算法包括： const EVP_MD *EVP_md5(void); const EVP_MD *EVP_sha1(void); const EVP_MD *EVP_sha256(void); const EVP_MD *EVP_sha512(void); 拿EVP_md5()来说，其返回值为： 下面这几个函数查询md的属性信息： 有时我们对使用的摘要算法不熟悉，这几个函数很有帮助。 EVP_MD_CTX *EVP_MD_CTX_new(void); void EVP_MD_CTX_free(EVP_MD_CTX *ctx); 这两个函数用于创建和释放对称摘要上下文对象。 int EVP_DigestInit(EVP_MD_CTX *ctx, const EVP_MD *type); 初使化摘要上下文，type为摘要算法抽象集合。 成功返回1，失败返回0。 int EVP_DigestUpdate(EVP_MD_CTX *ctx, const void *d, size_t cnt); 向摘要计算的海棉结构输入一段数据。 成功返回1，失败返回0。 int EVP_DigestFinal(EVP_MD_CTX *ctx, unsigned char *md, unsigned int *s); 生成最终摘要，输出摘要值和长度。 成功返回1，失败返回0。 int EVP_Digest(const void *data, size_t count, unsigned char *md, unsigned int *size, const EVP_MD *type, ENGINE *impl); 使用包装的一次性方法计算一段小数据的摘要。 成功返回1，失败返回0。 struct evp_cipher_st { int nid; int block_size; /* Default value for variable length ciphers / int key_len; int iv_len; / Various flags / unsigned long flags; / init key / int ( init) (EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key, const unsigned char iv, int enc); / encrypt/decrypt data / int ( do_cipher) (EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out, const unsigned char in, size_t inl); / cleanup ctx / int ( cleanup) (EVP_CIPHER_CTX ); / how big ctx->cipher_data needs to be / int ctx_size; / Populate a ASN1_TYPE with parameters / int ( set_asn1_parameters) (EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE ); / Get parameters from a ASN1_TYPE / int ( get_asn1_parameters) (EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE ); / Miscellaneous operations / int ( ctrl) (EVP_CIPHER_CTX *, int type, int arg, void ptr); / Application data */ void app_data; } / EVP_CIPHER */ ; typedef struct evp_cipher_st EVP_CIPHER; 这个结构定义了对称加密算法的抽象方法。主要字段含义： nid —— 加密算法的NID。 block_size —— 分组大小。 key_len —— 密钥长度。 iv_len —— 初使向量长度。 flags —— 内部标志。 init —— 初使化函数。 do_cipher —— 中间运算函数。 cleanup —— 最终运算函数。 ctx_size —— 上下文大小。 ctrl —— 控制函数。 app_data —— 应用程序数据。 支持的CIPHER抽象加解密算法包括： const EVP_CIPHER *EVP_des_ecb(void); const EVP_CIPHER *EVP_des_ede3(void); const EVP_CIPHER *EVP_aes_128_ecb(void); const EVP_CIPHER *EVP_aes_128_cbc(void); 下面这几个函数查询cipher的属性信息： int EVP_CIPHER_nid(const EVP_CIPHER *cipher); int EVP_CIPHER_type(const EVP_CIPHER *ctx); # define EVP_CIPHER_name(e) OBJ_nid2sn(EVP_CIPHER_nid(e)) int EVP_CIPHER_block_size(const EVP_CIPHER *cipher); int EVP_CIPHER_key_length(const EVP_CIPHER *cipher); int EVP_CIPHER_iv_length(const EVP_CIPHER *cipher); 有时我们对使用的加密算法不熟悉，这几个函数很有帮助。 EVP_CIPHER_CTX *EVP_CIPHER_CTX_new(void); void EVP_CIPHER_CTX_free(EVP_CIPHER_CTX *c); 这两个函数用于创建和释放对称加解密上下文对象。 int EVP_CIPHER_CTX_set_key_length(EVP_CIPHER_CTX *x, int keylen); 当对称算法密钥长度为可变长时，设置对称算法的密钥长度。 成功返回1，失败返回0。 int EVP_CIPHER_CTX_set_padding(EVP_CIPHER_CTX *c, int pad); 设置对称算法的填充，对称算法有时候会涉及填充。 pad取值0和1，当pad为1时表示使用填充。默认的填充策略采用PKCS5规范，即最后一个分组被填充n个字节时，其填充值均为n。 成功返回1，失败返回0。 int EVP_EncryptInit(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const EVP_CIPHER *cipher, const unsigned char *key, const unsigned char *iv); 初使化对称加密上下文。 成功返加1，失败返回0。 int EVP_EncryptUpdate(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out, int *outl, const unsigned char *in, int inl); 加密一段明文。 成功返加1，失败返回0。成功时，outl输出密文长度。 int EVP_EncryptFinal(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out, int *outl); 加密余下的明文。 成功返加1，失败返回0。成功时，outl输出密文长度。 int EVP_DecryptInit(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const EVP_CIPHER *cipher, const unsigned char *key, const unsigned char *iv); 初使化对称解密上下文。 成功返加1，失败返回0。 int EVP_DecryptUpdate(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out, int *outl, const unsigned char *in, int inl); 解密一段密文。 成功返加1，失败返回0。成功时，outl输出明文长度。 int EVP_DecryptFinal(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *outm, int *outl); 解密余下的密文。 成功返加1，失败返回0。成功时，outl输出明文长度。 int EVP_BytesToKey(const EVP_CIPHER *type, const EVP_MD *md, const unsigned char *salt, const unsigned char *data, int datal, int count, unsigned char *key, unsigned char *iv); 计算密钥函数，它根据算法类型、摘要算法、salt以及输入数据计算出一个对称密钥和初始化向量iv。返加密钥的长度。 在PEM_do_header()函数中根据口令生成密钥时，有使用到这个函数。 这个结构定义了非对称密钥信息的存储容器。主要字段含义： type —— 非对称加密算法的NID。 save_type —— 保存的PKEY类型。 pkey —— 保存的PKEY指针，如RSA结构指针。 EVP_PKEY *EVP_PKEY_new(void); void EVP_PKEY_free(EVP_PKEY *pkey); 这两个函数用于创建和释放PKEY上下文对象。 int EVP_PKEY_assign(EVP_PKEY *pkey, int type, void *key); 为PKEY关联指定算法类型的上下文结构，如为RSA关联的宏定义如下： # define EVP_SignInit(a,b) EVP_DigestInit(a,b) # define EVP_SignUpdate(a,b,c) EVP_DigestUpdate(a,b,c) int EVP_SignFinal(EVP_MD_CTX *ctx, unsigned char *md, unsigned int *s, EVP_PKEY *pkey); 签名计算。从宏定义可以看出实际上就是先计算摘要，再用RSA私钥加密。 成功返加1，失败返回0。 # define EVP_VerifyInit(a,b) EVP_DigestInit(a,b) # define EVP_VerifyUpdate(a,b,c) EVP_DigestUpdate(a,b,c) int EVP_VerifyFinal(EVP_MD_CTX *ctx, const unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, EVP_PKEY *pkey); 验签计算。从宏定义可以看出实际上就是先计算摘要，再用RSA公钥解密签名，再与摘要进行比对。 成功返加1，失败返回0。 下面这个例子演示了使用MD5的两种方法进行摘要计算的过程。 输出： EVP_DigestInit() ret:[1] EVP_DigestUpdate() ret:[1] EVP_DigestFinal() ret:[1] e380e88e8d09ebf8d8659a15b0ea70b5 EVP_Digest() ret:1 e380e88e8d09ebf8d8659a15b0ea70b5 下面这个例子演示了使用DES进行加解密的过程。为了方便程序实现，破例使用了std::string。 输出： EVP_EncryptInit() ret:[1] EVP_EncryptUpdate() ret:[1] nCipherLen:[24] EVP_EncryptFinal() ret:[1] nCipherLen:[8] cipher size:[32] EVP_DecryptInit() ret:[1] EVP_DecryptUpdate() ret:[1] nTextLen:[24] EVP_DecryptFinal() ret:[1] nTextLen:[2] text size:[26] body:[abcdefghijklmnopqrstuvwxyz] 下面这个例子演示了使用SHA1进行RSA签名和验签计算的过程。 输出： RSA_generate_key_ex() ret:[1] EVP_PKEY_assign_RSA() ret:[1] EVP_SignInit() ret:[1] EVP_SignUpdate() ret:[1] EVP_SignFinal() ret:[1] sha1 len:[64] EVP_VerifyInit() ret:[1] EVP_VerifyUpdate() ret:[1] EVP_VerifyFinal() ret:[1]
