Open SSL 3.0相关知识以及源码流程分析

编译

• windows环境编译

1、工具安装

安装安装perl脚本解释器、安装nasm汇编器(添加到环境变量)、Visual Studio编译工具

安装dmake

 ppm install dmake # 需要过墙

2、开始编译

# 1、找到Visual Studio命令行编译工具目录 或者菜单栏直接启动对应架构的cmd程序
# D:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Enterprise\VC\Auxiliary\Build
# 找到合适的编译架构bat 双击 比如：vcvars32.bat

# 2、进入openssl目录
cd D:\openssl-openssl-3.1.0

# 3、perl生成对应的makefile
# -prefix 是编译后输出的路径，默认会生成到C:\Program Files (x86)目录
perl Configure VC-WIN32 --prefix=D:\openssl-openssl-3.1.0\mybuild

# 4、编译等待
nmake

# 5、安装到指定目录
# 编译好的文件安装到指定目录，默认是C:\Program Files (x86)\OpenSSL，如果是在C盘，运行控制台是需要有管理员权限
nmake install

• Linux编译

# 1、解压进入目录
# 2、config配置
./config
# 3、编译
make
# 4、安装库到指定目录 /usr/local/include/openssl /usr/local/lib
make install

• 基础使用

Open SSL 3.0支持国密sm2 sm3 sm4

包含对称加密、非对称加密、单向散列、伪随机、签名、密码交换、证书等一系列算法库。

applink错误处理

解决办法：

// 属性配置  -> C++ -> 预处理器   _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
extern "C"
{
  #include <openssl/applink.c>
};

编码原理

• Base16

用16进制来编码

static const char BASE16_ENC_TAB[] = "0123456789ABCDEF";
static const char BASE16_DEC_TAB[128] = {
	-1,											// 0
	-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,	    // 1-10
	-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,	    // 11-20
	-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,	    // 21-30
	-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,	    // 31-40
	-1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,  0,  1,  2,	    // 41-50
   3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, -1, -1, -1,	    // 51-60
	-1, -1, -1, -1, 10, 11, 12, 13, 14, 15,	    // 61-70
};

int base16Encode(const unsigned char* in, int size, char* out)
{
	for (int i = 0; i < size; i++)
	{
		// 一个字节取出高4位和低4位
		char h = in[i] >> 4; // 移位丢弃低位
		char low = in[i] & 0x0F; // & 去掉高位
		out[i * 2] = BASE16_ENC_TAB[h]; // 0~15映射到对应字符串
		out[i * 2 + 1] = BASE16_ENC_TAB[low];
	}
	// base16转码后空间扩大一倍  4位转成一个字符  1个字符转成2个字符
	return size * 2;
}

int base16Decode(const string& in, unsigned char* out)
{
	// 将两个字符拼接成一个字符
	for (int i = 0; i < in.size(); i += 2)
	{
		unsigned char ch = in[i];  // 高位转换的字符
		unsigned char cl = in[i + 1]; // 低位转换的字符
		unsigned char h = BASE16_DEC_TAB[ch];  // 转换成原来的值
		unsigned char l = BASE16_DEC_TAB[cl];

		// 两个4位拼成一个字符
		out[i / 2] = h << 4 | l;
	}
	return in.size() / 2;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	const unsigned char data[] = "测试Base16";
	int len = sizeof(data);
	char out1[1024] = { 0 };
	unsigned char out2[1024] = { 0 };
	cout << data << endl;
	int encode_result = base16Encode(data, len, out1);
	cout << "encode_result = " << encode_result << " out1:" << out1 << endl;

	int decode_result = base16Decode(out1, out2);
	cout << "decode_result = " << decode_result << " out2:" << out2 << endl;
	getchar();
	return 0;
}

• Base64

二进制转字符串

原理：

把3个8位字节(3x8=24)转化为4个6位的字节(4x6=24),之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。如果剩下的字符不足3个字节，则用0填充，输出字符使用“=”,因此编码后输出的文本末尾可能会出现1或者2个“=”。

• Open SSL bio接口

使用bio接口实现base64编码

#include "Base64.h"
#include <openssl/bio.h>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/buffer.h>
#include <iostream>

int Base64::base64Encode(const unsigned char* in, int len, char* out_base64)
{
	if (!in || len <= 0 || !out_base64)
	{
		return 0;
	}
	// 内存源 source
	auto mem_bio = BIO_new(BIO_s_mem());
	if (!mem_bio)
	{
		return 0;
	}
	// base64 filter
  // BIO_new创建bio对象
  // BIO_f_base64封装了base64编码方法的BIO，写的时候编码，读的时候解码
  // BIO_s_mem 封装了内存操作的bio接口，包括对内存的读写操作
	auto b64_bio = BIO_new(BIO_f_base64());
	if (!b64_bio)
	{
		BIO_free(mem_bio);
		return 0;
	}
	// 形成bio链，连接两个对象到链表中b64_bio->mem_bio
	// b64-mem
	BIO_push(b64_bio, mem_bio);
	// 设置超过64字节不添加换行符， 解码需要对应的设置
	BIO_set_flags(b64_bio, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL);

	// 写入到base64 filter进行编码，结果会传递到链表的下一个节点
	// 到mem中读取结果（链表头部代表了整个链表）
	// BIO_write 编码 3字节-> 4字节 不足3字节补充0和=
	// 编码数据每64字节会加\n 换行符, 默认结尾有换行符
	int re = BIO_write(b64_bio, in, len);
	if (re <= 0)
	{
		// 释放整个链表节点
		BIO_free_all(b64_bio);
		return 0;
	}
	// 刷新缓存，写入链表的mem
	BIO_flush(b64_bio);
	// 从链表源内存读取
	int outsize = 0;
	BUF_MEM* p_data = 0;
	BIO_get_mem_ptr(b64_bio, &p_data);
	if (p_data)
	{
		memcpy(out_base64, p_data->data, p_data->length);
		outsize = p_data->length;
	}
	BIO_free_all(b64_bio);
	return outsize;
}


int Base64::base64Decode(const char* in, int len, unsigned char* out_data)
{
	if (!in || len <= 0 || !out_data)
	{
		return 0;
	}

	// 内存源 密文
  // 创建一个内存型的bio对象
	auto mem_bio = BIO_new_mem_buf(in, len);
	if (!mem_bio)
	{
		return 0;
	}
	// base64 filter
	auto b64_bio = BIO_new(BIO_f_base64());
	if (!b64_bio)
	{
		BIO_free(mem_bio);
		return 0;
	}

	BIO_push(b64_bio, mem_bio);
	// 与编码对应
	BIO_set_flags(b64_bio, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL);

	// 读取解码
	size_t size = 0;
  // BIO_read_ex 从bio接口读出len字节到buf中
	int re = BIO_read_ex(b64_bio, out_data, len, &size);
	BIO_free_all(b64_bio);
	return size;
}


// main.cpp
int main(int argc, char* argv[])
{
	Base64 *base = new Base64();
	const unsigned char data[] = "测试Base64阿斯顿发到付亲戚212阿发的顺丰到付412341324321432141243按时发放";
	int len = sizeof(data);
	char out[1024] = { 0 };
	int res = base->base64Encode(data, len, out);
	if (res > 0)
	{
		cout << "[" << out <&