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使用 openssl 进行 RSA/ECB/PKCS1PADDING 加解密

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使用 java 进行 RSA/ECB/PKCS1PADDING 是非常方便的，例如下面的示例

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public static String publicDecrypt(PublicKey publicKey,String encrypted) throws Exception{
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,publicKey);
    byte[] data = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(encrypted.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
    return new String(data);
}

public static String publicEncrypt(PublicKey publicKey,String encrypted) throws Exception{
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,publicKey);
    byte[] data = cipher.doFinal(encrypted.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    return Base64.getEncoder().encodeToString(data);
}
public static String privateEncrypt(PrivateKey privateKey,String toEncrypt) throws Exception{
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
    byte[] data = cipher.doFinal(toEncrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    return Base64.getEncoder().encodeToString(data);
}

public static String privateDecrypt(PrivateKey privateKey,String toEncrypt) throws Exception{
    Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,privateKey);
    byte[] data = cipher.doFinal(Base64.getDecoder().decode(toEncrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)));
    return new String(data);
}

公钥加密的内容用私钥解密，私钥加密的内容用公钥解密。（严格来说，私钥加密的另外一种名称是“签名”）
使用 C/C++ 来实现的时候，没有java那么方便，下面是低版本openssl api的调用示范

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#include<openssl/pem.h>
#include<openssl/rsa.h>
#include<openssl/bio.h>
...
    BIO* keybio = BIO_new_mem_buf(key.c_str(), (int)key.size());
    if (!keybio)
    {
        spdlog::error("new bio failed");
        return ;
    }
    RSA* rsa = PEM_read_bio_RSAPrivateKey(keybio, NULL, NULL, NULL);
    if (!rsa)
    {
        return ;
    }
    spdlog::info("rsa: {} ", fmt::ptr(rsa));
    uint8_t buffer[2048];
    int ret = RSA_private_encrypt((int)plaintext.size(), (const unsigned char*)plaintext.c_str(), buffer, rsa, RSA_PKCS1_PADDING);
    if (ret > 0)
    {
        std::string result = Base64Encode(buffer, ret);
        spdlog::info("encrypted:\n{}", result);
    }
    RSA_free(rsa);
...

其中，key是 pem 格式的字符串。上面的内容是使用私钥进行加密的例子。
大致的流程是使用 pem 格式的密钥，创建BIO对象，使用BIO对象创建密钥对象，使用密钥对象进行加密或者解密。
相应的，我们可以总结出以下内容

  • 私钥加密 PEM_read_bio_RSAPrivateKey,RSA_private_encrypt
  • 私钥解密 PEM_read_bio_RSAPrivateKey,RSA_private_decrypt
  • 公钥加密 PEM_read_bio_RSAPublicKey, RSA_public_encrypt
  • 公钥解密 PEM_read_bio_RSAPublicKey, RSA_public_decrypt

以上4种接口在低版本的 openssl 上使用是没有问题的，但是在 openssl 3.0 齐，以上接口标记为弃用状态了。
下面是高版本 openssl 使用公钥解密的例子

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#include<openssl/pem.h>
#include<openssl/rsa.h>
#include<openssl/bio.h>
#include<openssl/evp.h>
#include<memory>
...
    const unsigned char* in;
    size_t inlen;
    std::string pemKey;
    //这里假设我们通过一系列操作得到了要加密的内容和pem格式的密钥....
    std::vector<unsigned char> out;
    int ret = 0;
    std::shared_ptr<BIO> keybio(BIO_new_mem_buf(pemKey.c_str(), (int)pemKey.size()), BIO_free);
    std::shared_ptr<EVP_PKEY> key(PEM_read_bio_PUBKEY(keybio.get(), nullptr, nullptr, nullptr), EVP_PKEY_free);
    std::shared_ptr<EVP_PKEY_CTX> ctx(EVP_PKEY_CTX_new(key.get(), nullptr), EVP_PKEY_CTX_free);
    EVP_PKEY_encrypt_init(ctx.get());
    EVP_PKEY_CTX_set_rsa_padding(ctx.get(), RSA_PKCS1_PADDING);
    size_t outlen = 0;
    ret = EVP_PKEY_encrypt(ctx.get(), nullptr, &outlen, in, inlen);
    out.resize(outlen);
    ret = EVP_PKEY_encrypt(ctx.get(), out.data(), &outlen, in, inlen);

大致步骤如下

  1. 通过pem格式的密钥创建一个BIO对象 BIO_new_mem_buf
  2. 通过BIO对象创建一个EVP_PKEY对象 PEM_read_bio_PUBKEY
  3. 通过EVP_PKEY创建一个EVP_PKEY_CTX对象 EVP_PKEY_CTX_new
  4. 通过EVP_PKEY_encrypt_init声明需要进行公钥加密
  5. 通过EVP_PKEY_encrypt进行加密操作

高版本 openssl 的接口替换如下

  • 私钥加密 PEM_read_bio_PrivateKey, EVP_PKEY_CTX_new, EVP_PKEY_sign_init, EVP_PKEY_sign
  • 私钥解密 PEM_read_bio_PrivateKey, EVP_PKEY_CTX_new, EVP_PKEY_decrypt_init, EVP_PKEY_decrypt
  • 公钥加密 PEM_read_bio_PUBKEY, EVP_PKEY_CTX_new, EVP_PKEY_encrypt_init, EVP_PKEY_encrypt
  • 公钥解密 PEM_read_bio_PUBKEY, EVP_PKEY_CTX_new, EVP_PKEY_verify_recover_init, EVP_PKEY_verify_recover