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实战篇-OpenSSL之AES加密算法-CFB1模式
- 一、AES简介
- 二、CFB1模式
- 1、命令行操作
- 2、函数说明
- 3、编程实现
- （1）特别注意
- （2）实现CFB1模式加解密
- （3）测试代码
一、AES简介
密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。
AES属于对称加密算法，加解密使用同一个秘钥。
对称加密算法，一般有至少4种模式，即ECB、CBC、CFB、OFB等。
具体的加密原理，就不进行介绍了，本文主要从使用角度，进行说明。
以下命令行和编程实现，均基于OpenSSL开源库。在命令行中，我们可以使用命令实现对文件加解密，以验证我们的编程实现，是否正确。
二、CFB1模式
加密反馈模式 Cipher Feedback Mode(CFB)。面向字符的应用程序的加密要使用流加密法，可以使用加密反馈模式。在此模式下， 数据用更小的单元加密，如可以是8 位，这个长度小于定义的块长（通常是64 位）。
1、命令行操作
使用aes-128-cfb1对hello.txt加密，128位密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad，初始化向量为667b02a85c61c786def4521b060265e8，密文为hello.en。
代码语言：javascript复制openssl enc -e -aes-128-cfb1 -in hello.txt -out hello.en -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad -iv 667b02a85c61c786def4521b060265e8使用aes-128-cfb1对hello.en解密，密钥为8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad，初始化向量为667b02a85c61c786def4521b060265e8，解密后的文件为hello.de。
代码语言：javascript复制openssl enc -d -aes-128-cfb1 -in hello.en -out hello.de -K 8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad -iv 667b02a85c61c786def4521b060265e82、函数说明
AES CFB1加密/解密：
代码语言：javascript复制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);参数名称 | 含义 |
|---|---|
in | 输入数据，长度任意 |
out | 输出数据，长度与输入数据相等 |
length | 输入数据的位数，即输入数据长度*8 |
key | 使用AES_set_encrypt_key生成的Key |
ivec | 可读写的一块内存。长度必须是16字节。 |
num | 应总是为0，否则会触发断言 |
enc | AES_ENCRYPT 代表加密， AES_DECRYPT代表解密 |
AES_cfb1_encrypt在加密的过程中会修改ivec的内容，因此ivec参数不能是一个常量，而且不能在传递给加密函数后再立马传递给解密函数，必须重新赋值之后再传递给解密函数。
3、编程实现
（1）特别注意
- CFB模式加密和解密均使用加密key，这一点比较反常，务必记住。
- CFB模式不需要对输入数据进行填充。
- AES_cfb1_encrypt函数length参数，为输入数据的位数，即输入数据长度*8，而不是字节数。
（2）实现CFB1模式加解密
下面，函数已经封装完毕，如下：
代码语言：javascript复制/** * @brief AES::cfb1_encrypt * CFB1模式加解密，支持对任意长度明文进行加解密。 * @param in 输入数据 * @param out 输出结果 * @param key 密钥，长度必须是16/24/32字节，否则加密失败 * @param ivec 初始向量，长度必须是16字节 * @param enc true-加密，false-解密 * @return 执行结果 */
bool AES::cfb1_encrypt(const QByteArray &in, QByteArray &out, const QByteArray &key, const QByteArray &ivec, bool enc)
{
// 检查密钥合法性(只能是16、24、32字节)
Q_ASSERT(key.size() == 16 || key.size() == 24 || key.size() == 32);
Q_ASSERT(ivec.size() == 16); // 初始向量为16字节
// 特别注意：CFB模式加密和解密均使用加密key。
// 生成加密key
AES_KEY aes_key;
if (AES_set_encrypt_key((const unsigned char*)key.data(), key.size() * 8, &aes_key) != 0)
{
return false;
}
// 执行CFB1模式加密或解密
int num = 0;
QByteArray ivecTemp = ivec; // ivec会被修改，故需要临时变量来暂存
int encVal = enc ? AES_ENCRYPT : AES_DECRYPT;
out.resize(in.size()); // 调整输出buf大小
AES_cfb1_encrypt((const unsigned char*)in.data(),
(unsigned char*)out.data(),
in.size() * 8,
&aes_key,
(unsigned char*)ivecTemp.data(),
&num,
encVal);
return true;
}加密过程：
- 生成加密key
- 执行加密
解密过程：
- 生成加密key
- 执行解密
经测试，本函数支持对任意长度输入数据进行加解密。
（3）测试代码
代码语言：javascript复制void createTestData(QByteArray& data, int size)
{
data.resize(size);
for (int i = 0; i < size; i )
{
data[i] = i % 128;
}
}
void testAES(const QByteArray& data)
{
QByteArray plainText = data;
QByteArray encryptText;
QByteArray decryptText;
QByteArray key = QByteArray::fromHex("8cc72b05705d5c46f412af8cbed55aad");
QByteArray ivec = QByteArray::fromHex("667b02a85c61c786def4521b060265e8");
// AES cfb1模式加密验证
AES aes;
aes.cfb1_encrypt(plainText, encryptText, key, ivec, true); // 加密
aes.cfb1_encrypt(encryptText, decryptText, key, ivec, false); // 解密
qDebug() << "AES cfb1 encrypt verify" << ((decryptText == plainText) ? "succeeded" : "failed");
}
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
// 产生1MB 3B的测试数据，为了使该测试数据长度，不为8或16的整数倍
QByteArray data;
createTestData(data, 1*1024*1024 3);
// 测试AES
testAES(data); // 测试，直接调用OpenSSL中AES算法函数
return a.exec();
}执行结果：
本文涉及工程代码地址：https://gitee.com/bailiyang/cdemo/tree/master/Qt/49OpenSSL/OpenSSL
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