基于RSA和AES加密算法實現(xiàn)的socket加密傳輸模型
本文中的模型思路來自于這篇博客:https://www.cnblogs.com/sheng1255blog/p/5121536.html
基本思路:采用安全的RSA加密算法來對生成AES密鑰對的種子進行加密傳輸。通信雙方得到種子Seed之后分別生成AES加密密鑰和AES解密密鑰，此后就可以用AES對socket傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密傳輸了。
這樣做的理由：RSA加密算法安全性高，但是加密效率低，加密速度慢，一般只用來加密短小的數(shù)據(jù)，不會直接加密大量的數(shù)據(jù)。AES加密速度快，加密效率高，但是由于是對稱密鑰密碼體制，安全性沒有RSA好，詳情可見我之前的博客。所以采用RSA+AES的方法，利用了兩者的優(yōu)點，https據(jù)說也是采用這種做法。此外AES加密數(shù)據(jù)一般是固定長度的，所以需要自己實現(xiàn)分塊加密，我這里封裝了一下，方便使用。
客戶端代碼：safe_client.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/aes.h>
#include "myaes.h"
#define SER_PORT 6000
#define SER_IP "127.0.0.1"
using namespace std;
int main()
{
//客戶端創(chuàng)建流式套接字
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd == -1)
{
return -1;
}
//綁定服務端IP和端口
struct sockaddr_in saddr;
memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(SER_PORT);
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SER_IP);
int res=connect(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
assert(res != -1);
//產(chǎn)生RSA密鑰對
RSA* rsa = RSA_new();
BIGNUM* bne = BN_new(); //隨機產(chǎn)生一個大數(shù)
int ret = 0;
ret = BN_set_word(bne, RSA_F4);
ret = RSA_generate_key_ex(rsa, 128, bne, NULL);
// 客戶端從RSA結(jié)構(gòu)中提取公鑰到BUFF，以便將它傳輸給對方
// 128位的RSA其公鑰提出出來長度是26字節(jié)，而私鑰提取出來有16字節(jié)
// 保險起見，給它們預留一個128字節(jié)的空間
unsigned char PublicKey[128];
unsigned char *PKey = PublicKey; // 注意這個指針不是多余，是特意要這樣做的，
int PublicKeyLen = i2d_RSAPublicKey(rsa, &PKey);
//把公鑰發(fā)送給服務器
send(sockfd, PublicKey, 128, 0);
//接收服務器發(fā)來的Seed結(jié)構(gòu) 這里的AES_BLOCK_SIZE宏是aes.h里定義的 大小為16
unsigned char Seed[AES_BLOCK_SIZE], EncryptedSeed[AES_BLOCK_SIZE];
memset(Seed, '\0', AES_BLOCK_SIZE);
memset(EncryptedSeed, '\0', AES_BLOCK_SIZE);
printf("recv Seed\n");
recv(sockfd, EncryptedSeed, sizeof(EncryptedSeed), 0);
//對EncryptedSeed用RSA私鑰進行解密。這里得到了Seed
int rsa_len = RSA_size(rsa);
RSA_private_decrypt(AES_BLOCK_SIZE, (unsigned char*)EncryptedSeed, (unsigned char*)Seed, rsa, RSA_NO_PADDING); // 解密
// 逐個字節(jié)打印解密后的Seed信息 和服務器發(fā)送過來的Seed進行對比
/*printf("Seed after decrypt, Len=%ld\n", sizeof(Seed));
for (int i = 0; i < sizeof(Seed); i++)
{
printf("0x%d, ", *(Seed+i));
}
printf("\n");*/
//這里用封裝過的AES加密算法進行加解密
BobAES a(Seed);
string str = "ssssssssssssssssssssssss";
string EncryptedData = a.aes_encrypt(str);
send(sockfd, EncryptedData.c_str(), strlen(EncryptedData.c_str()), 0);
string Data = a.aes_decrypt(EncryptedData);
cout << "date after decrypt:" << Data << endl;
//最后要釋放RSA結(jié)構(gòu) AES是棧內(nèi)存，系統(tǒng)自動管理
RSA_free(rsa);
//RSA_free(EncryptRsa); //這個是給安全通信對象釋放的 從buff里面提取出來的公鑰
return 0;
}服務端代碼：safe_server.cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/sendfile.h>
#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/aes.h>
#include "myaes.h"
#define SER_PORT 6000
#define SER_IP "127.0.0.1"
using namespace std;
int main()
{
int sockfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd == -1)
{
return -1;
}
struct sockaddr_in saddr;
memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(SER_PORT);
saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(SER_IP);
int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));
if(res== -1)
{
return -1;
}
listen(sockfd, 5);
struct sockaddr_in caddr;
socklen_t len = sizeof(caddr);
int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&caddr, &len);
//首先接受客戶端發(fā)送過來的RSA公鑰信息
unsigned char buff_rsa[512];
memset(buff_rsa, '\0', sizeof(buff_rsa));
int n = recv(clientfd, buff_rsa, 512, 0);
// 逐個字節(jié)打印PublicKey信息 看看接收是否正確
printf("PublicKeyBuff, Len=%d\n", 74);
for (int i = 0; i < 74; i++)
{
printf("0x%02x, ", *(buff_rsa+i));
}
printf("\n");
//跟據(jù)上面提出的公鑰信息PublicKey構(gòu)造一個新RSA密鑰(這個密鑰結(jié)構(gòu)只有公鑰信息,用來對Seed進行加密)
unsigned char *PKey = buff_rsa;
//int PublicKeyLen = strlen((char*)buff_rsa);
RSA *EncryptRsa = d2i_RSAPublicKey(NULL, (const unsigned char**)&PKey, 26);
// 使用EncryptRsa加密數(shù)據(jù)，再使用ClientRsa解密數(shù)據(jù)
// 注意, RSA加密/解密的數(shù)據(jù)長度是有限制，例如128位的RSA就只能最多能加密解密16字節(jié)的數(shù)據(jù) 8：1的關系
// 如果采用RSA_NO_PADDING加密方式，128位的RSA就只能加密長度等于16的數(shù)據(jù)
// 這個長度可以使用RSA_size()來獲得
unsigned char Seed[AES_BLOCK_SIZE], EncryptedSeed[AES_BLOCK_SIZE];
//這里給Seed做一下隨機 取1-100之間的數(shù)
for(int i = 0; i < AES_BLOCK_SIZE; i++)
{
Seed[i] = rand() % 100 + 1;
}
memset(EncryptedSeed, '\0', AES_BLOCK_SIZE);
// 逐個字節(jié)打印Seed信息 對比發(fā)送和接收是否正確
printf("Seed, Len=%ld\n", sizeof(Seed));
for (int i = 0; i < AES_BLOCK_SIZE; i++)
{
printf("0x%d, ", *(Seed+i));
}
printf("\n");
RSA_public_encrypt(AES_BLOCK_SIZE, (unsigned char*)Seed, (unsigned char*)EncryptedSeed, EncryptRsa, RSA_NO_PADDING);
//這里再把加密后的Seed（EncryptedSeed）發(fā)送到客戶端
send(clientfd, EncryptedSeed, AES_BLOCK_SIZE, 0);
//利用Seed結(jié)構(gòu)生成一個AES解密密鑰
//使用封裝后的AES進行數(shù)據(jù)解密
BobAES a(Seed);
char EncryptedData[256];
recv(clientfd, EncryptedData, sizeof(EncryptedData), 0);
cout << "encryptedata:" << EncryptedData << endl;
std::string str(EncryptedData);
std::string Data = a.aes_decrypt(str);
//輸出解密之后的數(shù)據(jù)
std::cout << "data after decrypt:" << Data << std::endl;
//最后釋放RSA結(jié)構(gòu)
RSA_free(EncryptRsa);
return 0;
}Makefile：
safe_client safe_server: safe_client.cpp safe_server.cpp myaes.cpp
g++ -o safe_client safe_client.cpp myaes.cpp -L/usr/local/lib -lssl -lcrypto -lpthread
g++ -o safe_server safe_server.cpp myaes.cpp -L/usr/local/lib -lssl -lcrypto -lpthread
clean:
-rm -f safe_client safe_server注意使用的openssl需要自行安裝，將使用到的庫 libcrypto, libssl放在對應的工作目錄中即可。
對AES的分塊加密封裝：
myaes.h:
#ifndef bob_aes_h
#define bob_aes_h
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string>
#include <string.h>
#include <cstdlib>
#include <openssl/aes.h>
class BobAES
{
public:
BobAES(unsigned char* Seed);
~BobAES();
std::string aes_encrypt(std::string msg);
std::string aes_decrypt(std::string msg);
private:
int MSG_LEN;
unsigned char key[AES_BLOCK_SIZE];
};
#endifmyaes.cpp:
#include "myaes.h"
BobAES::BobAES(unsigned char* Seed)
: MSG_LEN(0)
{
for(int i = 0; i < AES_BLOCK_SIZE; i++)
{
key[i] = Seed[i];
}
}
BobAES::~BobAES()
{
}
std::string BobAES::aes_encrypt(std::string msg)
{
int i = msg.size() / 1024;
MSG_LEN = ( i + 1 ) * 1024;
//MSG_LEN = msg.size() + 16;
char in[MSG_LEN];
char out[MSG_LEN+16];
memset((char*)in,0,MSG_LEN);
memset((char*)out,0,MSG_LEN+16);
strncpy((char*)in,msg.c_str(),msg.size());
unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE]; //加密的初始化向量
for(int j = 0; j < AES_BLOCK_SIZE; ++j)
{
iv[j] = 0;
}
AES_KEY aes;
if(AES_set_encrypt_key(key, 128, &aes) < 0)
{
return NULL;
}
int len = msg.size();
AES_cbc_encrypt((unsigned char*)in,(unsigned char*)out,len,&aes,iv,AES_ENCRYPT);
std::string encrypt_msg(&out[0],&out[MSG_LEN+16]);
for(int i= 0;out[i];i++){
printf("%x",(unsigned char)out[i]);
//std::cout << dstStringTemp[i];
}
std::cout << std::endl;
return encrypt_msg;
}
std::string BobAES::aes_decrypt(std::string msg)
{
MSG_LEN = msg.size();
char in[MSG_LEN];
char out[MSG_LEN+16];
memset((char*)in,0,MSG_LEN);
memset((char*)out,0,MSG_LEN+16);
strncpy((char*)in,msg.c_str(),msg.size());
for(int i= 0;in[i];i++){
printf("%x",(unsigned char)in[i]);
//std::cout << dstStringTemp[i];
}
std::cout << std::endl;
unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE]; //加密的初始化向量
for(int j = 0; j < AES_BLOCK_SIZE; ++j)
{
iv[j] = 0;
}
AES_KEY aes;
if(AES_set_decrypt_key(key, 128, &aes) < 0)
{
return NULL;
}
int len = msg.size();
AES_cbc_encrypt((unsigned char*)in,(unsigned char*)out,len,&aes,iv,AES_DECRYPT);
std::string decrypt_msg = out;
return decrypt_msg;
}
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