本章讲解下openssl相关概念和加解密算法的基本使用
这篇文章讲述以下几点
- 什么是OpenSSL
- 基本功能
- 密钥、证书的编码格式和后缀名
- 对称加密的基本使用
- 生成公私钥对
- 非对称加密的基本使用
1. 什么是OpenSSL
OpenSSL 是一个安全套接字层密码库，囊括主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能及SSL协议，并提供丰富的应用程序供测试或其它目的使用。
2. 基本功能
openssl是一个开源程序的套件、这个套件有三个部分组成：一是libcryto，这是一个具有通用功能的加密库，里面实现了众多的加密库；二是libssl，这个是实现ssl机制的，它是用于实现TLS/SSL的功能；三是openssl，是个多功能命令行工具，它可以实现加密解密，甚至还可以当CA来用，可以让你创建证书、吊销证书。
为了做个更简单的区分，我分成下面3种，可能你看着会亲切一些
- 加解密库（本章只讨论加解密）
- SSL协议实现
- 一些经过封装，方便你使用加解密和SSL的工具
****密钥、证书的编码格式和后缀名
目前有以下
两种编码格式.
-
PEM - Privacy Enhanced Mail
打开看文本格式,以"-----BEGIN-----"开头, "-----END-----"结尾,内容是Base64编码，查看PEM格式的信息可以用命令
openssl rsa -in my.pem -text -noout
Unix服务器偏向于使用这种编码格式. -
DER - Distinguished Encoding Rules
打开看是二进制格式,不可读，查看DER格式的信息可以用命令
openssl rsa -in my.der -inform der -text -noout
Java和Windows服务器偏向于使用这种编码格式.
我们平时见到的多种后缀名，都是
语义化的后缀，在生成密钥的时候，比如我们私钥的后缀名可以写.pem.key，都是可以的，以下几种为常用后缀
-
CRT - CRT应该是certificate的三个字母,其实还是证书的意思,常见于Unix系统,有可能是PEM编码,也有可能是DER编码,大多数应该是PEM编码,相信你已经知道怎么辨别.
-
CER - 还是certificate,还是证书,常见于Windows系统,同样的,可能是PEM编码,也可能是DER编码,大多数应该是DER编码.
-
KEY - 通常用来存放一个公钥或者私钥,并非X.509证书,编码同样的,可能是PEM,也可能是DER.
查看KEY的办法:
openssl rsa -in mykey.key -text -noout
如果是DER格式的话,同理应该这样了:
openssl rsa -in mykey.key -text -noout -inform der -
CSR - Certificate Signing Request,即证书签名请求,这个并不是证书,而是向权威证书颁发机构获得签名证书的申请,其核心内容是一个公钥(当然还附带了一些别的信息),在生成这个申请的时候,同时也会生成一个私钥,私钥要自己保管好，查看的办法:
openssl req -noout -text -in my.csr
(如果是DER格式的话照旧加上-inform der,这里不写了)
3. 常用加解密算法使用
我们重点讨论如何使用
1.对称加密
我们需要用到 openssl enc 命令，先看下帮助文档
$ openssl enc -h
:<<!
-in <file> 输入文件
-out <file> 输出文件
-pass <arg> 密码
-S 盐，用于加盐加密，请避免人为输入，下面讨论
-e encrypt 加密操作
-d decrypt 解密操作
-a/-base64 base64 encode/decode, depending on encryption flag 是否将结果base64编码
-k 已被-pass参数取代
-kfile 已被-pass参数取代
-md 指定密钥生成的摘要算法 默认MD5
-K/-iv 加密所需的key和iv向量，由输入的-pass生成
-[pP] print the iv/key (then exit if -P) 是否需要在控制台输出生成的 key和iv向量
-bufsize <n> 读写文件的I/O缓存，一般不需要指定
-engine e 指定三方加密设备，没有环境，暂不实验
Cipher Types 以下是部分算法，我们可以选择用哪种算法加密
-aes-128-cbc -aes-128-cbc-hmac-sha1 -aes-128-cfb
-aes-128-cfb1 -aes-128-cfb8 -aes-128-ctr
-aes-128-ecb -aes-128-gcm -aes-128-ofb
…………
!
使用，默认从控制台输入密码，如果不指定加密算法，是不会进行加密的，也不会报错，比如我们不指定算法，只指定base64格式输出，就相当于只做了base64编码而已
/*对文件进行base64编码*/
openssl enc -base64 -in plain.txt -out base64.txt
/*对base64格式文件进行解密*/
openssl enc -base64 -d -in base64.txt -out plain2.txt
/*使用diff命令查看可知解码前后明文一样*/
diff plain.txt plain2.txt
不同输入密码的方式
/*命令行输入，密码123456*/
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass pass:123456
/*文件输入，密码123456*/
echo 123456 > passwd.txt
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass file:passwd.txt
/*环境变量输入，密码123456*/
passwd=123456
export passwd
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass env:passwd
/*从文件描述输入*/
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass fd:1
/*从标准输入输入*/
openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out out.txt -pass stdin
- 对称加密的使用中，虽然我们输入了-pass，指定了密码，但是本质是采用key和iv向量进行加密的，我们输入的-pass，会转换成key和iv
- 为了增强安全性，在把用户密码转换成 key / iv 的时候需要使用盐值，默认盐值随机生成。使用-S参数，则盐值由用户指定。也可指用-nosalt指定不使用盐值，但降低了安全性，不推荐使用。
- 因为本质是采用 key / iv 加密，所以我们可以直接用 key / iv 解密或者加密
手动指定Key和IV值，指定key / iv 后，-pass参数不起作用
/*手动指定key和iv值*/
$ openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out encrypt.txt -K 1223 -iv f123 -p
salt=0B00000000000000
key=12230000000000000000000000000000
iv =F1230000000000000000000000000000
/*指定pass密码，不起作用，注意Key和IV值是16进制*/
$ openssl enc -aes-128-cbc -in plain.txt -out encrypt.txt -K 1223 -iv f123 -p -pass pass:123456
salt=F502F4B8DE62E0E5
key=12230000000000000000000000000000
iv =F1230000000000000000000000000000
2.公私钥对的生成（这里演示RSA算法相关）
首先我们需要用到 openssl genrsa 命令，先看下帮助文档，这是一个简易的命令，为了方便我们生成自己的私钥
$ openssl genrsa -h
/*
usage: genrsa [args] [numbits]
-des 生成的私钥采用DES算法加密
-des3 生成的私钥采用DES3算法加密 (168 bit key)
-seed encrypt PEM output with cbc seed
-aes128, -aes192, -aes256
以上几个都是对称加密算法的指定，因为我们长期会把私钥加密，避免明文存放
-out file 私钥输出位置
-passout arg 输出文件的密码，如果我们指定了对称加密算法，也可以不带此参数，会有命令行提示你输入密码
*/
我们生成一个私钥
~ » openssl genrsa -out my.key -des3
/*
Generating RSA private key, 512 bit long modulus
...++++++++++++
.++++++++++++
e is 65537 (0x10001)
# 因为指定了des3算法，并且没指定密码，所以会要求我输入密码
Enter pass phrase for my.key:
Verifying - Enter pass phrase for my.key:
------------------------------------------------------------
*/
~ » cat my.key
/*
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
Proc-Type: 4,ENCRYPTED
DEK-Info: DES-EDE3-CBC,21A9C0CD76DFBF27
i1h8ZmZxOZxDHigtXs0tAIWNs7THoN4t00F4xmYP7gDEU8vwWXltZisUqMJ2KHgZ
ME70Tm2XvhEAwu3OLhCaV6Url+DJ/G6sMFpnvkebrW51Ndph87ZCRdhaOrXN2WVg
+/KNRv2dMh4c98zgoJqYiN6qqdY9Sztj0DMtjn2f9k7mU8l2oN5bmlO6dy+mX2ZB
Qaupx9PV2DZH7Yd5tcKLudCa44lJ9cJscnvIyzLhDHcrGytCsTeHNeVMx9gefd0p
DzMBruiNhmXSe8a067OT5mWMi7++4WOYYWfIj2bat/pxsBNo0gOxqcuV0G1RFEDA
uX0vk1ma3+hB01p51bPCjc2HF/nvs2s/YeYgJR/E3zuxQGMvi6G0uxVY10i5xhtb
mIXi1J5RSoVcj2gMXD3GasGANNG3hdTWC+g6hfq+DczmGl8uR9lXwg==
-----END RSA PRIVATE KEY-----
*/
我们可以指定私钥长度，命令最后就是指定私钥长度，默认512bit
openssl genrsa -out my.key -des3 1024
另外我们需要用到 openssl rsa 命令，我们会用它生成公钥，先看下帮助文档
$ openssl rsa -h
/*
-inform arg 输入文件编码格式，只有pem和der两种
-outform arg 输出文件编码格式，只有pem和der两种
-in arg input file 输入文件
-sgckey Use IIS SGC key format
-passin arg 如果输入文件被对称加密过，需要指定输入文件的密码
-out arg 输出文件位置
-passout arg 如果输出文件也需要被对称加密，需要指定输出文件的密码
-des 对输出结果采用对称加密 des算法
-des3 对输出结果采用对称加密 des3算法
-seed
-aes128, -aes192, -aes256
以上几个都是对称加密算法的指定，生成私钥的时候一般会用到，我们不让私钥明文保存
-text 以明文形式输出各个参数值
-noout 不输出密钥到任何文件
-modulus 输出模数值
-check 检查输入密钥的正确性和一致性
-pubin 指定输入文件是公钥
-pubout 指定输出文件是公钥
-engine e 指定三方加密库或者硬件
*/
我们利用刚才生成的私钥my.key，以此生成一个公钥
~ » openssl rsa -in my.key -pubout -out my_pub.key
/*
Enter pass phrase for my.key: # 因为私钥有密码，我们需要输入
writing RSA key
------------------------------------------------------------
*/
~ » cat my_pub.key
/*
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MFwwDQYJKoZIhvcNAQEBBQADSwAwSAJBAN4QWx/qPoOllcE8ZcR5zBzrSVFh7NXY
4SJHB8+IM3Wv2aYi7F3GlZjpt6EP3vdd4x4cJnuPFnZ5mZ5wFPQ8xD0CAwEAAQ==
-----END PUBLIC KEY-----
*/
openssl rsa 命令的功能还有很多
- rsa 添加 和 去除 密钥的对称加密
/*生成不加密的RSA密钥*/
$ openssl genrsa -out RSA.pem
Generating RSA private key, 512 bit long modulus
..............++++++++++++
.....++++++++++++
e is 65537 (0x10001)
/*为RSA密钥增加口令保护*/
$ openssl rsa -in RSA.pem -des3 -passout pass:123456 -out E_RSA.pem
/*为RSA密钥去除口令保护*/
$ openssl rsa -in E_RSA.pem -passin pass:123456 -out P_RSA.pem
/*比较原始后的RSA密钥和去除口令后的RSA密钥，是一样*/
$ diff RSA.pem P_RSA.pem
2、修改密钥的保护口令和算法
/*生成RSA密钥*/
$ openssl genrsa -des3 -passout pass:123456 -out RSA.pem
Generating RSA private key, 512 bit long modulus
..................++++++++++++
......................++++++++++++
e is 65537 (0x10001)
/*修改加密算法为aes128，口令是123456*/
$ openssl rsa -in RSA.pem -passin pass:123456 -aes128 -passout pass:123456 -out E_RSA.pem
3、查看密钥对中的各个参数
$ openssl rsa -in RSA.pem -des -passin pass:123456 -text -noout
4、提取密钥中的公钥并打印模数值
/*提取公钥，用pubout参数指定输出为公钥*/
$ openssl rsa -in RSA.pem -passin pass:123456 -pubout -out pub.pem
/*打印公钥中模数值*/
$ openssl rsa -in pub.pem -pubin -modulus -noout
Modulus=C35E0B54041D78466EAE7DE67C1DA4D26575BC1608CE6A199012E11D10ED36E2F7C651D4D8B40D93691D901E2CF4E21687E912B77DCCE069373A7F6585E946EF
5、转换密钥的格式
/*把pem格式转化成der格式，使用outform指定der格式*/
$ openssl rsa -in RSA.pem -passin pass:123456 -des -passout pass:123456 -outform der -out rsa.der
/*把der格式转化成pem格式，使用inform指定der格式*/
$ openssl rsa -in rsa.der -inform der -passin pass:123456 -out rsa.pem
3.利用已有的公私钥对 ，进行非对称加解密
我们这里需要用到 openssl rsautl 命令
注意：无论是使用公钥加密还是私钥加密，RSA每次能够加密的数据长度不能超过RSA密钥长度，并且根据具体的补齐方式不同输入的加密数据最大长度也不一样，而输出长度则总是跟RSA密钥长度相等。RSA不同的补齐方法对应的输入输入长度如下表
| 数据补齐方式 | 输入数据长度 | 输出数据长度 | 参数字符串 |
|---|---|---|---|
| PKCS#1 v1.5 | 少于(密钥长度-11)字节 | 同密钥长度 | -pkcs |
| PKCS#1 OAEP | 少于(密钥长度-11)字节 | 同密钥长度 | -oaep |
| PKCS#1 for SSLv23 | 少于(密钥长度-11)字节 | 同密钥长度 | -ssl |
| 不使用补齐 | 同密钥长度 | 同密钥长度 | -raw |
使用rsautl进行加密和解密操作，我们还是先看一下帮助文档
$ openssl rsautl -h
Usage: rsautl [options]
-in file input file //输入文件
-out file output file //输出文件
-inkey file input key //输入的密钥
-keyform arg private key format - default PEM //指定密钥格式
-pubin input is an RSA public //指定输入的是RSA公钥
-certin input is a certificate carrying an RSA public key //指定输入的是证书文件
-ssl use SSL v2 padding //使用SSLv23的填充方式
-raw use no padding //不进行填充
-pkcs use PKCS#1 v1.5 padding (default) //使用V1.5的填充方式
-oaep use PKCS#1 OAEP //使用OAEP的填充方式
-sign sign with private key //使用私钥做签名
-verify verify with public key //使用公钥认证签名
-encrypt encrypt with public key //使用公钥加密
-decrypt decrypt with private key //使用私钥解密
-hexdump hex dump output //以16进制dump输出
-engine e use engine e, possibly a hardware device. //指定三方库或者硬件设备
-passin arg pass phrase source //指定输入的密码
openssl rsautl 基本的加解密使用
/*生成RSA密钥*/
$ openssl genrsa -des3 -passout pass:123456 -out RSA.pem
Generating RSA private key, 512 bit long modulus
............++++++++++++
...++++++++++++
e is 65537 (0x10001)
/*提取公钥*/
$ openssl rsa -in RSA.pem -passin pass:123456 -pubout -out pub.pem
/*使用RSA作为密钥进行加密，实际上使用其中的公钥进行加密*/
$ openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out enc.txt
/*使用RSA作为密钥进行解密，实际上使用其中的私钥进行解密*/
$ openssl rsautl -decrypt -in enc.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out replain.txt
/*比较原始文件和解密后文件*/
$ diff plain.txt replain.txt
/*使用公钥进行加密*/
$ openssl rsautl -encrypt -in plain.txt -inkey pub.pem -pubin -out enc1.txt
/*私钥进行解密*/
$ openssl rsautl -decrypt -in enc1.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out replain1.txt
/*比较原始文件和解密后文件*/
$ diff plain.txt replain1.txt
签名与验证操作
/*提取PCKS8格式的私钥*/
$ openssl pkcs8 -topk8 -in RSA.pem -passin pass:123456 -out pri.pem -nocrypt
/*使用RSA密钥进行签名，实际上使用私钥进行加密*/
$ openssl rsautl -sign -in plain.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out sign.txt
/*使用RSA密钥进行验证，实际上使用公钥进行解密*/
$ openssl rsautl -verify -in sign.txt -inkey RSA.pem -passin pass:123456 -out replain.txt
/*对比原始文件和签名解密后的文件*/
$ diff plain.txt replain.txt
/*使用私钥进行签名*/
$ openssl rsautl -sign -in plain.txt -inkey pri.pem -out sign1.txt
/*使用公钥进行验证*/
$ openssl rsautl -verify -in sign1.txt -inkey pub.pem -pubin -out replain1.txt
/*对比原始文件和签名解密后的文件*/
$ cat plain replain1.txt
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