openssl之aes加密（源码分析 AES_encrypt 与 AES_cbc_encrypt ，加密模式）

首先要了解AES加密是什么，以及几种加密模式的区别。之后才是编程。具体的编程案例，在下面的链接。

openssl之aes加密（AES_cbc_encrypt 与 AES_encrypt 的编程案例）

下面这个链接有详细图解。

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

AES加密算法 - 加密模式

ECB模式 

　　优点: 

　　1.简单； 

　　2.有利于并行计算； 

　　3.误差不会被传送； 

　　缺点: 

　　1.不能隐藏明文的模式； 

　　2.可能对明文进行主动攻击； 

CBC模式： 

　　优点： 

　　1.不容易主动攻击,安全性好于ECB,适合传输长度长的报文,是SSL、IPSec的标准。 

　　缺点： 

　　1.不利于并行计算； 

　　2.误差传递； 

　　3.需要初始化向量IV 

CFB模式： 

　　优点： 

　　1.隐藏了明文模式; 

　　2.分组密码转化为流模式; 

　　3.可以及时加密传送小于分组的数据; 

　　缺点: 

　　1.不利于并行计算; 

　　2.误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元; 

　　3.唯一的IV; 

ofb模式： 

　　优点: 

　　1.隐藏了明文模式; 

　　2.分组密码转化为流模式; 

　　3.可以及时加密传送小于分组的数据; 

　　缺点: 

　　1.不利于并行计算; 

　　2.对明文的主动攻击是可能的; 

　　3.误差传送：一个明文单元损坏影响多个单元; 

了解这些加密模式之后，再看openssl提供的接口就好理解了。

openssl提供的aes加密接口

以下接口来自“crypto/aes/aes.h”，有openssl源码。

//设置加密和解密器

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);

//默认的加密解密方式，参数好理解

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);

//下面这些也是常用的加密方式，但是参数很多，而源码对于参数使用介绍不多，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); //参数相对复杂

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);

从下面这个文件可以看出，AES_encrypt就是ecb加密的方式。而AES_set_encrypt_key和AES_encrypt，它们的实现在"crypto/aes/aes_x86core.c"和"crypto/aes/aes_core.c"，也就是有两个版本，根据平台选择。看源码。

"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);

}

从这里可以看出，ecb方式的加密，是由AES_encrypt接口实现的。

而cbc的加密方式在另外的地方实现了，下面给出目录以及源代码。

"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);
}

从这里看出，cbc加密方式，调用接口CRYPTO_cbc128_decrypt，而它又将AES_encrypt作为参数传入。

"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)

{//这里的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];//输入与初始化向量进行异或，保存在out

(*block)(out, out, key);//调用AES_encrypt进行加密，异或结果out作为加密输入

//加密输出结果也保存在out里面，

iv = out;//将前一次密文，作为后一次的初始化向量，从而完成加密

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异或

for(; n<16; ++n)//如果in长度不是16的整数倍

out[n] = iv[n];//最后的out直接用iv初始化，其实也就相当于out与0进行异或

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

iv = out;

if (len<=16) break;//加密结束

len -= 16;

in  += 16;

out += 16;

}

memcpy(ivec,iv,16);

}

//从上面的源码可以看出，cbc本质上和ecb差别不大，唯一区别是将前一次加密结果，与要加密的内容异或。因此，cbc的并行性较差，因为每次都要等待前一次的结果，而ecb则不用，速度较快。其主要区别仍然看文章开头，原理图看参考链接。

调用实例：

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)//输入输出字符串够长，并且是AES_BLOCK_SIZE的整数倍，需要严格限制
    {
    	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;
}

最近遇到一个坑，

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

就是这两个函数让我折腾了四五天，心力憔悴，几近崩溃，也许是走火入魔了，因为遇到了挑战，非要干掉它，而不是绕过！

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)//输入输出字符串够长，并且是AES_BLOCK_SIZE的整数倍，需要严格限制
    {
    	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;">那么就发现第一个数据块加密的结果是对的，后面就错误了，加密后的数据很多是0，查了openssl的</span></strong>

<strong><span style="color:#ff0000;">        //源代码这个aes这块的加解密是线程安全的，有谁知道原因？</span></strong>

    }

    if(lptmp)

    {

       delete []lptmp;

       lptmp = NULL;

    }
    return 1;
}

最后给出一个链接，利用openssl的AES接口进行编程。

openssl之aes编程（AES_cbc_encrypt 与 AES_encrypt）

参考资料：

http://www.baike.com/wiki/AES%E5%8A%A0%E5%AF%86%E7%AE%97%E6%B3%95 （互动百科）

分组对称加密模式:ECB/CBC/CFB/OFB缺CTR

AES CBC和CTR加解密实例

http://fossies.org/dox/openssl-1.0.1f/index.html （详细源码）