最近，基于某些原因和需要，筆者需要去了解一下Crypto++庫，然后對一些數據進行一些加密解密的操作。

筆者之前沒接觸過任何加密解密方面的知識（當然，把每個字符的ASCII值加1之流對明文進行加密的“趣事”還是干過的，當時還很樂在其中。），甚至一開始連Crypto++的名字都沒有聽過，被BS了之后，就開始了Crypto++的入門探索過程。

最初，大概知道了要了解兩大類算法中的幾個算法——對稱加密算法：DES、AES（后來因為人品好的緣故也了解了下非對稱加密算法RSA，后文會詳述何謂“人品好”）；散列算法（需要通過Hash運算）：SHA-256。

起初，筆者以為這樣的知名算法在網上應該有很多現成的例子。筆者比較懶，對于自己不熟悉的東西，總希望找捷徑，直接找別人現（在已經寫）成可（編譯運）行的代碼然后施展ctrl + C，ctrl + V算法（咳，什么算法，是大法?。。。?/p>

However，發覺網上的例子不是稀缺，就是只有代碼沒有解釋。筆者覺得很難忍受這樣的“莫名其妙”（奇怪的是筆者容忍了windows了，盡管它不開源），遂決定從零開始……

……寫在代碼前……

      如果之前像筆者一樣沒相關經驗——完全沒接觸過加密解密——，請務必閱讀下文。
 

一些前期工作——編譯cryptlib并使其可用：

      本文不涉及這部分內容，因為已經有相對完善的資料：
        http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html

 

總結了一點預備知識：

關于幾個算法的介紹，網上各大百科都有，筆者不再詳細Ctrl+C/V了。不過在寫代碼之前，即使復制修改人家代碼之前，也有必要了解一下幾個算法（除了名稱之外）的使用流程（不是算法具體的實現，汗！）。

 

對稱加密：（AES、DES）

相對于與非對稱加密而言，加密、解密用的密匙相同。就像日常生活中的鑰匙，開門和鎖門都是同一把。

詳見：http://baike.baidu.com/view/119320.htm

 

非對稱加密：（RSA）

相對于上述的對稱加密而言，加密、解密用的密匙不同，有公匙和私匙之分。

詳見：http://baike.baidu.com/view/554866.htm 

散列算法：（SHA系列，我們熟悉的MD5等）

用途：驗證信息有沒有被修改。

原理：對長度大的信息進行提煉（通過一個Hash函數），提煉過后的信息長度小很多，得到的是一個固定長度的值（Hash值）。對于兩個信息量很大的文件通過比較這兩個值，就知道這兩個文件是否完全一致（另外一個文件有沒有被修改）。從而避免了把兩個文件中的信息進行逐字逐句的比對，減少時間開銷。

形象地描述：鬼泣3里面維吉爾跟但丁除了發型之外都很像。怎么區分兩個雙生子？比較他們的DNA就好比是比較信息量很大的文件，然而直接看發型就好比是看Hash值。一眼就看出來了。

 

注：以上是筆者對幾個概念的，非常不嚴格的，非常主觀的，概括的描述，想要詳細了解，可以：

http://wenku.baidu.com/view/4fb8e0791711cc7931b716aa.html

幾個算法的介紹，選擇，比較。

 

 

 

……Code speaking……

 

平臺：WindowsXP

IDE以及工具：Visual Studio 2008 + Visual Assist

庫版本：Crypto++ 5.6.0

 

 

庫的文檔（包括類和函數的接口列表）：
http://www.cryptopp.com/docs/ref/index.html

 

 

對稱加密算法：

DES：

一開始筆者并沒有找到關于DES運用的很好的例程，或者說，筆者的搜索功力薄弱，未能找到非常完整的例程吧。

http://bbs.pediy.com/showthread.php?p=745389

筆者以下的代碼主要是參考上面URL的論壇回帖，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，方便調試：
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 ];
19
20    cout << "input is: " << input << endl;
21
22    //可以理解成首先構造一個加密器
23    DESEncryption encryption_DES;
24
25    //回憶一下之前的背景，對稱加密算法需要一個密匙。加密和解密都會用到。
26    //因此，設置密匙。
27    encryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );
28    //進行加密
29    encryption_DES.ProcessBlock( input, output );
30
31    //顯示結果
32    //for和for之后的cout可有可無，主要為了運行的時候看加密結果
33    //把字符串的長度寫成一個常量其實并不被推薦。
34    //不過筆者事先知道字符串長，為了方便調試，就直接寫下。
35    //這里主要是把output也就是加密后的內容，以十六進制的整數形式輸出。
36    for( int i = 0; i < 5; i++ )
37    {
38        cout << hex << (int)output[ i ] << ends;
39    }
40    cout << endl;
41
42    //構造一個加密器
43    DESDecryption decryption_DES;    
44
45    //由于對稱加密算法的加密和解密都是同一個密匙，
46    //因此解密的時候設置的密匙也是剛才在加密時設置好的key
47    decryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );
48    //進行解密，把結果寫到txt中
49    //decryption_DES.ProcessAndXorBlock( output, xorBlock, txt );
50    decryption_DES.ProcessBlock( output, txt );
51
52    //以上，加密，解密還原過程已經結束了。以下是為了驗證：
53    //加密前的明文和解密后的譯文是否相等。
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

 回想一下以上代碼的編寫過程，就可以發現，進行DES加密，流程大概是：
       數據準備；
       構造加密器；
       設置加密密匙；
       加密數據；
       顯示（非必要）；
       設置解密密匙（跟加密密匙是同一個key）；
       解密數據；
       驗證與顯示（非必要）；
       由此可見，主要函數的調用流程就是這樣。但是文檔沒有詳細講，筆者當時打開下載回來的源文件時，就傻了眼。
猜想：
       AES和以后的算法，是不是都是按照這些基本的套路呢？

       AES：    

       在實際運用的時候，從代碼上看，AES跟DES非常相像。但是值得注意一點的是，AES取代了DES成為21世紀的加密標準。是因為以其密匙長度和高安全性獲得了先天優勢。雖然界面上看上去沒多大區別，但是破解難度遠遠大于DES。詳細情況，在之前的URL有提及過。
     
       很幸運，筆者很快就找到了AES的使用例程，而且很詳細：
      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{
11
12    //AES中使用的固定參數是以類AES中定義的enum數據類型出現的，而不是成員函數或變量
13    //因此需要用::符號來索引
14    cout << "AES Parameters: " << endl;
15    cout << "Algorithm name : " << AES::StaticAlgorithmName() << endl;      
16
17    //Crypto++庫中一般用字節數來表示長度，而不是常用的字節數
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;
21
22    //AES中只包含一些固定的數據，而加密解密的功能由AESEncryption和AESDecryption來完成
23    //加密過程
24    AESEncryption aesEncryptor; //加密器 
25
26    unsigned char aesKey[AES::DEFAULT_KEYLENGTH];  //密鑰
27    unsigned char inBlock[AES::BLOCKSIZE] = "123456789";    //要加密的數據塊
28    unsigned char outBlock[AES::BLOCKSIZE]; //加密后的密文塊
29    unsigned char xorBlock[AES::BLOCKSIZE]; //必須設定為全零
30
31    memset( xorBlock, 0, AES::BLOCKSIZE ); //置零
32
33    aesEncryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH );  //設定加密密鑰
34    aesEncryptor.ProcessAndXorBlock( inBlock, xorBlock, outBlock );  //加密
35
36    //以16進制顯示加密后的數據
37    for( int i=0; i<16; i++ ) {
38        cout << hex << (int)outBlock[i] << " ";
39    }
40    cout << endl;
41
42    //解密
43    AESDecryption aesDecryptor;
44    unsigned char plainText[AES::BLOCKSIZE];
45
46    aesDecryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH );
47    //細心的朋友注意到這里的函數不是之前在DES中出現過的：ProcessBlock，
48    //而是多了一個Xor。其實，ProcessAndXorBlock也有DES版本。用法跟AES版本差不多。
49    //筆者分別在兩份代碼中列出這兩個函數，有興趣的朋友可以自己研究一下有何差異。
50    aesDecryptor.ProcessAndXorBlock( outBlock, xorBlock, plainText );
51
52
53    for( int i=0; i<16; i++ ) 
54    {      
55        cout << plainText[i];   
56    }
57    cout << endl;
58
59    return 0;
60}
61
62

其實來到這里，都可以發現，加密解密的套路也差不多，至于之后筆者在誤打誤撞中找到的RSA，也只不過是在設置密匙的時候多了私匙和公匙的區別而已。筆者總覺得，有完整的例程對照學習，是一件很幸福的事情。

非對稱加密算法：

RSA：

小背景：
       其實，筆者在一開始并沒有接到“了解RSA”的要求。不過由于筆者很粗心，在看AES的時候只記得A和S兩個字母，Google的時候就誤打誤撞Google了一個RSA。其實RSA方面的資料還是挺多的，因此它事實上是筆者第一個編譯運行成功的Crypto++庫中算法的應用實例。
       
         http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html
       以下代碼主要是按照上述URL中提供的代碼寫成的，作為筆者的第一份有效學習資料，筆者認為作為調用者的我們，不用清楚算法實現的細節。只需要明白幾個主要函數的功用和調用的次序即可。
       由以下代碼可以看出，其實RSA也離不開：數據準備、設置密匙（注意，有公匙和私匙）、加密解密這樣的套路。至于如何產生密匙，有興趣的朋友可以到Crypto++的主頁上下載源文件研究。作為入門和了解階段，筆者覺得：只需要用起來即可。

  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// 函數聲明
 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 密鑰對
 37    strcpy( priKey, "pri" );  // 生成的私鑰文件
 38    strcpy( pubKey, "pub" );  // 生成的公鑰文件
 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密鑰對
 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}
100
101
102
103//------------------------
104// RSA解密
105//------------------------
106
107string RSADecryptString( const char *privFilename, const char *ciphertext )
108{
109    FileSource privFile( privFilename, true, new HexDecoder );
110    RSAES_OAEP_SHA_Decryptor priv(privFile);
111
112    string result;
113    StringSource( ciphertext, true, new HexDecoder(new PK_DecryptorFilter(GlobalRNG(), priv, new StringSink(result))) );
114
115    return result;
116}
117
118
119
120//------------------------
121
122// 定義全局的隨機數池
123
124//------------------------
125
126RandomPool & GlobalRNG()
127{
128    static RandomPool randomPool;
129    return randomPool;
130}
131
132

散列算法：

SHA-256                                                                                                                                                                                                                                                                      

       SHA-256主要是用來求一大段信息的Hash值，跟之前三個用于加密、解密的算法有所不同。用到SHA的場合，多半是為了校驗文件。
       
         筆者的參考資料：http://hi.baidu.com/magic475/blog/item/19b37a8c1fa15a14b21bbaeb.html
       請注意，筆者在實現的時候，稍微修改了一下兩個子函數的實現，以滿足筆者的需求。因此會與上述URL中的代碼有差異。

  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函數中注釋掉的，關于strMessage2的代碼，其實是筆者模擬了一下
 21    //通過求Hash值來對“大”量數據進行校驗的這個功能的運用。
 22    //注釋之后并不影響這段代碼表達的思想和流程。
 23    string strMessage( "Hello world" );
 24    string strDigest;
 25    //string strMessage2( "hello world" ); //只是第一個字母不同
 26    //string strDigest2;
 27
 28    CalculateDigest( strDigest, strMessage );  //計算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    //作者在寫代碼的過程中遇到的上述問題。
 35    //如果把這行代碼的注釋取消，那么之后的運行結果就不是預料中的一樣：
 36    //即使strDigest也無法對應strMessage，筆者不知道為什么，希望高手指出，謝謝！
 37
 38    bool bIsSuccess = false;
 39    bIsSuccess = VerifyDigest( strDigest, strMessage ); 
 40    //通過校驗，看看strDigest是否對應原來的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    //通過strDigest2與strMessage進行校驗，要是相等，
 52    //就證明strDigest2是對應的strMessage2跟strMessage1相等。
 53    //否則，像這個程序中的例子一樣，兩個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，以下兩個子函數的實現跟原來參考代碼中的實現有所區別,
 67//詳細原因，筆者在CalculateDigest函數的注釋中寫明
 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    //參考的代碼中有以上這么一行，但是貌似不是什么庫函數。
 82    //原作者大概是想把Hash值轉換成16進制數保存到一個string buffer中，
 83    //然后在主程序中輸出，方便debug的時候對照查看。
 84    //但是這并不影響計算Hash值的行為。
 85    //因此筆者注釋掉了這行代碼，并且修改了一下這個函數和后面的VerifyDigest函數，
 86    //略去原作者這部分的意圖，繼續我們的程序執行。
 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;
103
104    byDigest = new char[ sha256.DigestSize() ];
105    strcpy( byDigest, Digest.c_str() );
106
107    //HexTouChar(byDigest, Digest.c_str(), Digest.size());
108    //為何注釋掉，請參看CalculateDigest函數的注釋
109    Result = sha256.VerifyDigest( (byte*)byDigest, (const byte *)Message.c_str(), Message.size() );
110
111    delete []byDigest;
112    byDigest = NULL;
113    return Result;
114}
115
116