OpenSSL之RSA用法

RSA公开密钥密码体制是一种使用不同的加密密钥与解密密钥，“由已知加密密钥推导出解密密钥在计算上是不可行的”密码体制 。在公开密钥密码体制中，加密密钥（即公开密钥）PK是公开信息，而解密密钥（即秘密密钥）SK是需要保密的。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然解密密钥SK是由公开密钥PK决定的，但却不能根据PK计算出SK 。

正是基于这种理论，1978年出现了著名的RSA算法，它通常是先生成一对RSA密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长，一般推荐使用1024位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的DES或IDEA对话密钥加密，然后使用RSA密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要 。

RSA算法是一个广泛使用的公钥算法。其密钥包括公钥和私钥。它能用于数字签名、身份认证以及密钥交换。RSA密钥长度一般使用1024位或者更高。RSA密钥信息主要包括：

n：模数

e：公钥指数

d：私钥指数

p：最初的大素数

q：最初的大素数

其中，公钥为n和e；私钥为n和d。

本文假设你已经安装好了OpenSSL，并且持有一份1.1.1的源码。

RSA相关的头文件在rsa.h中、源文件在crypto/rsa目录中。

这个结构定义了RSA内部数据信息。主要字段含义：

version —— 版本。

meth —— RSA运算抽象方法集合。

n，e，d，p，q，dmp1，dmq1，iqmp —— 密钥相关的大数。

这个结构定义了RSA内部各种运算抽象方法集合。主要字段含义：

name —— 名称描述。

rsa_pub_enc —— 公钥加密方法。

rsa_pub_dec —— 公钥解密方法。

rsa_priv_enc —— 私钥加密方法。

rsa_priv_dec —— 公钥解密方法。

rsa_sign —— 签名方法。

rsa_verify —— 验签方法。

rsa_keygen —— 生成密钥对方法。

在1.1.1中，大多数的数据结构已经不再向使用者开放，从封装的角度来看，这是更合理的。如果你在头文件中找不到结构定义，不妨去源码中搜一搜。

RSA *RSA_new(void)

生成一个RSA密钥结构，采用默认的rsa_pkcs1_ossl_meth方法。

void RSA_free(RSA *r)

释放RSA结构。

RSA *RSA_generate_key(int bits, unsigned long e, void (*callback) (int, int, void *), void *cb_arg)

生成RSA密钥（旧版本）。

bits为密钥位数，e为公钥指数。

callback为密钥生成过程中的干预回调函数，通常传入NULL。cb_arg为回调参数。

成功返回RSA指针，失败返回NULL。

int RSA_generate_key_ex(RSA *rsa, int bits, BIGNUM *e, BN_GENCB *cb)

生成RSA密钥（新版本）。

rsa为RSA对象指针。bits为密钥位置，e为公钥指数的大数形式指针。cb为干预回调函数，通常传入NULL。

成功返回1，失败返回0。

关于公钥指数e，主要有两个取值：

# define RSA_3 0x3L

# define RSA_F4 0x10001L

RSA *RSAPublicKey_dup(RSA *rsa)

复制RSA公钥部分。

成功返回RSA指针，失败返回NULL。

RSA *RSAPrivateKey_dup(RSA *rsa)

复制RSA私钥部分。

成功返回RSA指针，失败返回NULL。

int RSA_bits(const RSA *rsa)

获取RSA密钥位数。

int RSA_size(const RSA *rsa)

获取RSA密钥长度。

int RSA_check_key(const RSA *)

int RSA_check_key_ex(const RSA *, BN_GENCB *cb)

检查RSA的有效性，必须为完整的密钥对。

成功返回1，失败返回0。

int RSA_print(BIO *bp, const RSA *r, int offset)

int RSA_print_fp(FILE *fp, const RSA *r, int offset)

将RSA信息输出到bp/fp中，off为输出信息在bp/fp中的偏移量，比如是屏幕bp/fp，则表示打印信息的位置离左边屏幕边缘的距离。

int RSA_public_encrypt(int flen, const unsigned char *from,

unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)

RSA公钥加密。

成功返回密文的长度，失败返回-1。

int RSA_public_decrypt(int flen, const unsigned char *from,

unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)

RSA公钥解密。

成功返回明文的长度，失败返回-1。

int RSA_private_encrypt(int flen, const unsigned char *from,

unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)

RSA私钥加密。

成功返回密文的长度，失败返回-1。

int RSA_private_decrypt(int flen, const unsigned char *from,

unsigned char *to, RSA *rsa, int padding)

RSA私钥解密。

成功返回明文的长度，失败返回-1。

关于padding填充方式，取值：

其中PKCS1填充大小为11字节，所以加密明文长度必须不大于（密钥大小-11字节）。

# define RSA_PKCS1_PADDING_SIZE 11

int RSA_sign(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_length,

unsigned char *sigret, unsigned int *siglen, RSA *rsa)

对数据m生成RSA签名，生成的签名长度与key的长度相同，如512位密钥生成64字节签名。

type指定摘要算法的NID，如NID_sha1。

成功返回1，失败返回0。

int RSA_verify(int type, const unsigned char *m, unsigned int m_length,

const unsigned char *sigbuf, unsigned int siglen, RSA *rsa)

对数据m验证RSA签名。

type指定摘要算法的NID，如NID_sha1。

成功返回1，失败返回0。

以下函数在x509.h中定义：

int i2d_RSAPrivateKey_bio(BIO *bp, RSA *rsa)

{

return ASN1_item_i2d_bio(ASN1_ITEM_rptr(RSAPrivateKey), bp, rsa)

}

将RSA公钥转换为DER编码，并写入到bp抽象IO中。

成功返回1，失败返回0。

RSA *d2i_RSAPrivateKey_bio(BIO *bp, RSA **rsa)

{

return ASN1_item_d2i_bio(ASN1_ITEM_rptr(RSAPrivateKey), bp, rsa)

}

从bp抽象IO中读取DER编码，并转换为rsa结构私钥。

成功返回有效指定，失败返回NULL。

int i2d_RSAPublicKey_bio(BIO *bp, RSA *rsa)

{

return ASN1_item_i2d_bio(ASN1_ITEM_rptr(RSAPublicKey), bp, rsa)

}

将RSA公钥转换为DER编码，并写入到bp抽象IO中。

成功返回1，失败返回0。

RSA *d2i_RSAPublicKey_bio(BIO *bp, RSA **rsa)

{

return ASN1_item_d2i_bio(ASN1_ITEM_rptr(RSAPublicKey), bp, rsa)

}

从bp抽象IO中读取DER编码，并转换为rsa结构公钥。

成功返回有效指定，失败返回NULL。

下面这个例子演示了RSA密钥对的生成、公私钥的复制、公钥加密和私钥解密的用法。

输出：

下面这个例子演示了公私钥的分开保存、读取，以及使用公私钥加解密。

输出：

RSA_generate_key_ex() ret:1

i2d_RSAPrivateKey_bio() ret:1

i2d_RSAPublicKey_bio() ret:1

copy' private key size:64

copy' public key size:64

RSA_public_encrypt() ret:64

RSA_private_decrypt() ret:10

text:[1234567890]

下面这个例子演示了签名的生成和验证 *** 作。

输出：

ret:1

RSA_sign() ret:1

sign 64

4ec0af099c49646b72fda88a4fb11e8deb3898da9c3f611a5f25f05d9d005631858239bbb732cd5060dbc975363fc1b9cdfdc5a04554115a916f06f98163189f

RSA_verify() ret:1

openssl 生成并输入一个RSA私钥 输出参数 私钥名称 对应的n

openssl genrsa-out private.pem 1024

openssl 处理RSA密钥的格式转换等问题提取 输出参数 公钥名称

openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem

openssl 使用RSA密钥进行加密、解密、签名和验证等运算加密参数 输入 明文内容 放入密钥参数 公钥文件 输入 输出 文件名

openssl rsautl -encrypt -in message.txt -inkey public.pem -pubin -out enc.txt

openssl 使用RSA密钥进行加密、解密、签名和验证等运算 解密参数 输入 加密文件放入密钥参数 私钥文件 输出 输出文件名

opensslrsautl -decrypt-in enc.txt -inkey private.pem -out dec.txt

openssl 使用RSA密钥进行加密、解密、签名和验证等运算 签名 输入 明文文件放入密钥参数私钥文件 输出文件名

openssl rsautl-sign -in message.txt -inkey private.pem -out enc.bin

openssl 使用RSA密钥进行加密、解密、签名和验证等运算 验证 输入 加密文件 放入密钥参数 公钥文件 输入参数 输出 明文文件

openssl rsautl-verify-in enc.bin -inkey public.pem -pubin -outdec.txt

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