如何用C++和OpenSSL库来实现 AES-256-CBC,ChaCha20,RSA,ECC,SHA-256,HMAC,国密算法加密

<think>嗯，用户现在想用C++和OpenSSL库实现多种加密算法，包括AES-256-CBC、ChaCha20、RSA、ECC、SHA-256、HMAC，还有国密算法。首先，我需要确定用户的需求是什么。他们可能是在开发一个需要多种加密功能的应用程序，或者是在学习OpenSSL的使用。不过用户之前已经问过AES-256-CBC的实现，现在扩展到了更多算法，包括国密算法，这可能意味着他们的项目需要符合中国的加密标准，或者他们所在的环境有合规性要求。 首先，我需要回顾一下之前给出的AES-256-CBC的示例，确保这次回答的结构类似，保持一致性，这样用户更容易理解。接下来，对于每个算法，我需要整理出对应的OpenSSL函数和步骤。比如，ChaCha20在OpenSSL中的实现可能与AES类似，使用EVP接口，而RSA和ECC则涉及非对称加密，需要使用不同的函数，比如EVP_PKEY相关的函数。 国密算法（如SM2、SM3、SM4）可能需要确认OpenSSL的版本是否支持。因为OpenSSL 1.1.1之后开始支持国密算法，但可能需要特定的编译选项或者使用分支版本。用户可能需要额外安装支持国密的OpenSSL版本，比如使用国内的分支或者通过配置选项启用。这部分需要明确告诉用户，否则他们可能会遇到编译错误。 然后，我需要考虑每个算法的实现步骤是否足够详细，比如密钥生成、加密、解密过程，以及必要的错误处理和资源清理。例如，RSA加密需要生成密钥对，而ECC可能涉及椭圆曲线的选择。同时，哈希算法如SHA-256和HMAC相对简单，但需要正确使用EVP摘要接口。 用户可能没有提到的细节包括密钥管理、随机数生成、填充方式等，这些在加密实现中非常重要。比如，IV的生成应该使用安全的随机数，而不是硬编码。此外，国密算法的示例代码可能需要更详细的说明，因为用户可能对这部分不太熟悉。 另外，用户可能希望这些示例代码能够直接复制粘贴使用，因此需要确保代码的正确性和完整性，包括头文件引用、编译选项（如链接-lssl -lcrypto），以及必要的资源释放，比如EVP上下文的内存管理。 最后，要提醒用户注意安全实践，比如使用适当的密钥派生函数、避免硬编码密钥、处理错误返回值，以及选择正确的加密模式（如GCM用于认证加密）。特别是国密算法的使用可能需要遵循特定的国家标准和合规性要求，这一点需要强调。 综上所述，我需要组织每个算法的代码示例，分步骤说明，并附上注意事项，确保用户能够理解并正确实现这些加密功能，同时满足他们的实际需求，尤其是国密算法的部分可能需要更详细的指导。</think>以下是用C++和OpenSSL实现多种加密算法的代码示例和关键要点（版本要求：OpenSSL 1.1.1+）： --- ### 一、AES-256-CBC（对称加密） ```cpp #include <openssl/evp.h> std::vector<unsigned char> aes_encrypt( const std::vector<unsigned char>& plaintext, const unsigned char key[32], const unsigned char iv[16]) { EVP_CIPHER_CTX* ctx = EVP_CIPHER_CTX_new(); EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv); std::vector<unsigned char> ciphertext(plaintext.size() + EVP_CIPHER_block_size(EVP_aes_256_cbc())); int len; EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext.data(), &len, plaintext.data(), plaintext.size()); int ciphertext_len = len; EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext.data() + len, &len); ciphertext_len += len; ciphertext.resize(ciphertext_len); EVP_CIPHER_CTX_free(ctx); return ciphertext; } ``` --- ### 二、ChaCha20（流密码） ```cpp std::vector<unsigned char> chacha20_encrypt( const std::vector<unsigned char>& plaintext, const unsigned char key[32], const unsigned char iv[12]) // 96-bit IV { EVP_CIPHER_CTX* ctx = EVP_CIPHER_CTX_new(); EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_chacha20(), NULL, key, iv); std::vector<unsigned char> ciphertext(plaintext.size()); int len; EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext.data(), &len, plaintext.data(), plaintext.size()); EVP_CIPHER_CTX_free(ctx); return ciphertext; } ``` --- ### 三、RSA（非对称加密） ```cpp #include <openssl/rsa.h> std::vector<unsigned char> rsa_encrypt( const std::vector<unsigned char>& plaintext, RSA* public_key) { std::vector<unsigned char> ciphertext(RSA_size(public_key)); int len = RSA_public_encrypt( plaintext.size(), plaintext.data(), ciphertext.data(), public_key, RSA_PKCS1_OAEP_PADDING); ciphertext.resize(len); return ciphertext; } // 生成密钥对示例 RSA* generate_rsa_keypair(int bits = 2048) { RSA* rsa = RSA_new(); BIGNUM* bn = BN_new(); BN_set_word(bn, RSA_F4); RSA_generate_key_ex(rsa, bits, bn, NULL); BN_free(bn); return rsa; } ``` --- ### 四、ECC（椭圆曲线加密） ```cpp #include <openssl/ec.h> std::vector<unsigned char> ecdh_shared_secret( EC_KEY* local_key, EC_KEY* peer_public_key) { std::vector<unsigned char> secret(ECDH_size(local_key)); int len = ECDH_compute_key( secret.data(), secret.size(), EC_KEY_get0_public_key(peer_public_key), local_key, NULL); secret.resize(len); return secret; } // 生成ECC密钥示例 EC_KEY* generate_ecc_key(int nid = NID_secp256k1) { EC_KEY* key = EC_KEY_new_by_curve_name(nid); EC_KEY_generate_key(key); return key; } ``` --- ### 五、SHA-256（哈希） ```cpp #include <openssl/sha.h> std::vector<unsigned char> sha256_hash( const std::vector<unsigned char>& data) { std::vector<unsigned char> digest(SHA256_DIGEST_LENGTH); SHA256(data.data(), data.size(), digest.data()); return digest; } ``` --- ### 六、HMAC（消息认证码） ```cpp #include <openssl/hmac.h> std::vector<unsigned char> hmac_sha256( const std::vector<unsigned char>& key, const std::vector<unsigned char>& data) { std::vector<unsigned char> digest(EVP_MAX_MD_SIZE); unsigned int len; HMAC(EVP_sha256(), key.data(), key.size(), data.data(), data.size(), digest.data(), &len); digest.resize(len); return digest; } ``` --- ### 七、国密算法（SM2/SM3/SM4） ```cpp // SM4-CBC加密（需启用国密算法支持） std::vector<unsigned char> sm4_encrypt( const std::vector<unsigned char>& plaintext, const unsigned char key[16], const unsigned char iv[16]) { EVP_CIPHER_CTX* ctx = EVP_CIPHER_CTX_new(); EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_sm4_cbc(), NULL, key, iv); std::vector<unsigned char> ciphertext(plaintext.size() + 16); int len; EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext.data(), &len, plaintext.data(), plaintext.size()); int ciphertext_len = len; EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext.data() + len, &len); ciphertext_len += len; ciphertext.resize(ciphertext_len); EVP_CIPHER_CTX_free(ctx); return ciphertext; } // SM3哈希 std::vector<unsigned char> sm3_hash( const std::vector<unsigned char>& data) { EVP_MD_CTX* ctx = EVP_MD_CTX_new(); EVP_DigestInit_ex(ctx, EVP_sm3(), NULL); EVP_DigestUpdate(ctx, data.data(), data.size()); std::vector<unsigned char> digest(EVP_MAX_MD_SIZE); unsigned int len; EVP_DigestFinal_ex(ctx, digest.data(), &len); digest.resize(len); EVP_MD_CTX_free(ctx); return digest; } ``` --- ### 关键注意事项 1. **OpenSSL版本要求**： - 国密算法需要OpenSSL 1.1.1+并启用`enable-sm3` `enable-sm4`编译选项 - 部分系统需要单独安装国密算法支持包 2. **安全实践**： ```cpp // 安全的随机数生成 #include <openssl/rand.h> unsigned char iv[16]; RAND_bytes(iv, sizeof(iv)); // 必须检查返回值 ``` 3. **内存管理**： ```cpp // 必须手动释放非对称加密密钥 RSA_free(rsa_key); EC_KEY_free(ecc_key); ``` 4. **编译参数**： ```bash g++ -o program program.cpp -lssl -lcrypto ``` --- ### 算法选择建议 | 场景 | 推荐算法 | OpenSSL常量 | |-------|-----------|--------------| | 高性能对称加密 | AES-256-GCM | `EVP_aes_256_gcm()` | | 移动端流加密 | ChaCha20-Poly1305 | `EVP_chacha20_poly1305()` | | 国密合规要求 | SM4-CBC/SM2 | `EVP_sm4_cbc()` | | 数字签名 | ECDSA | `EC_KEY` + `ECDSA_sign()` | 建议优先使用EVP统一接口（如`EVP_EncryptInit_ex`），而非直接调用底层函数（如`AES_encrypt`），以保证算法的可替换性和代码一致性。