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一、openssl對稱加密和非對稱加密算法對比

OpenSSL 是一個廣泛使用的加密庫，提供了豐富的對稱加密和非對稱加密算法。這兩類加密方式各有不同的特點和適用場景。以下是兩者的對比：

1. 加密原理

• 對稱加密：

  • 使用相同的密鑰進行加密和解密。
  • 密鑰在加密和解密雙方之間共享，因此需要一個安全的密鑰傳輸方式。
  • 加密速度較快，適合加密大量數(shù)據(jù)。

• 非對稱加密：

  • 使用一對密鑰：公鑰和私鑰。公鑰用于加密，私鑰用于解密。
  • 公鑰可以公開，私鑰則需要保護，只有擁有私鑰的人才能解密公鑰加密的數(shù)據(jù)。
  • 適合小數(shù)據(jù)量加密和簽名，但處理大數(shù)據(jù)效率較低。

2. 常用算法

• 對稱加密算法（在 OpenSSL 中支持的常見算法）：

  • AES（高級加密標準）：流行且安全的對稱加密算法，支持 128、192 和 256 位密鑰長度。
  • SM4：主要用于中國的商用密碼標準，采用 128 位密鑰。
  • DES 和 3DES（數(shù)據(jù)加密標準及三重數(shù)據(jù)加密標準）：早期的加密算法，但已不再安全，較少使用。

• 非對稱加密算法（在 OpenSSL 中支持的常見算法）：

  • RSA：廣泛使用的非對稱算法，密鑰長度通常為 2048 或 4096 位。
  • ECC（橢圓曲線加密）：基于橢圓曲線的加密，密鑰較短但安全性高，用于資源受限的環(huán)境。
  • DSA（數(shù)字簽名算法）：主要用于簽名，常見于數(shù)字證書。

3. 加密速度

• 對稱加密：

  • 對稱加密算法如 AES 在處理速度上顯著優(yōu)于非對稱加密，非常適合大文件或大量數(shù)據(jù)的加密。
  • 常用于文件加密、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸加密等場景。

• 非對稱加密：

  • 非對稱加密算法處理速度慢，因為其運算更為復(fù)雜，適合小數(shù)據(jù)量的加密，如數(shù)字簽名和密鑰交換。
  • 在實際應(yīng)用中，通常將其與對稱加密結(jié)合使用，通過非對稱加密傳輸對稱密鑰來實現(xiàn)安全的密鑰交換，后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸則使用對稱加密。

4. 安全性

• 對稱加密：

  • 安全性依賴于密鑰長度和算法設(shè)計；例如，AES-256 被認為是非常安全的對稱加密算法。
  • 密鑰必須在傳輸中保持安全，一旦密鑰泄露，數(shù)據(jù)的機密性將受到威脅。

• 非對稱加密：

  • 安全性依賴于密鑰長度和密鑰保護。比如 RSA-2048 被認為是安全的，而 ECC 則以較短密鑰提供更高安全性。
  • 私鑰的安全性至關(guān)重要，如果私鑰泄露，任何持有公鑰的人都可以解密數(shù)據(jù)。

5. 應(yīng)用場景

• 對稱加密的應(yīng)用場景：

  • 用于 HTTPS 中的數(shù)據(jù)加密（結(jié)合非對稱加密交換密鑰后）。
  • 云存儲、數(shù)據(jù)庫等大文件的加密保護。
  • VPN、WiFi 等網(wǎng)絡(luò)傳輸中對數(shù)據(jù)的加密。

• 非對稱加密的應(yīng)用場景：

  • 數(shù)字簽名，用于認證數(shù)據(jù)的來源和完整性。
  • SSL/TLS 協(xié)議中，用于加密對稱加密密鑰并驗證通信雙方身份。
  • 數(shù)據(jù)加密用于保護敏感信息的小文件，例如加密密碼、密鑰或數(shù)字證書。

6. 優(yōu)缺點對比

對比項目	對稱加密	非對稱加密
密鑰數(shù)量	1 個密鑰，共享密鑰	1 對密鑰（公鑰和私鑰）
加密速度	快，適合大數(shù)據(jù)	慢，適合小數(shù)據(jù)
安全性	密鑰泄露會導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄密	公鑰泄露不會影響數(shù)據(jù)的私密性
密鑰分配	需要安全的密鑰傳輸	私鑰無需傳輸，安全性更高
典型應(yīng)用	大數(shù)據(jù)文件的加密、VPN、存儲加密	SSL/TLS、數(shù)字簽名、密鑰交換

綜合分析

OpenSSL 中通常結(jié)合對稱加密和非對稱加密，以實現(xiàn)性能與安全性兼?zhèn)涞募用芊桨?。例?#xff0c;在 SSL/TLS 協(xié)議中，服務(wù)器會先使用非對稱加密交換密鑰，然后使用對稱加密傳輸數(shù)據(jù)。

二、代碼實戰(zhàn)

下面是使用 OpenSSL 實現(xiàn)對稱加密的示例代碼，采用 AES-256-CBC 算法對數(shù)據(jù)進行加密。此代碼會生成一個隨機的初始向量（IV），并且使用固定的密鑰對數(shù)據(jù)加密。

#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/rand.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define AES_KEY_LENGTH 32  // AES-256, so 256 bits = 32 bytes
#define AES_BLOCK_SIZE 16void handleErrors() {ERR_print_errors_fp(stderr);abort();
}// 對稱加密函數(shù)
int aes_encrypt(unsigned char *plaintext, int plaintext_len, unsigned char *key,unsigned char *iv, unsigned char *ciphertext) {EVP_CIPHER_CTX *ctx;int len;int ciphertext_len;// 創(chuàng)建并初始化上下文if (!(ctx = EVP_CIPHER_CTX_new())) handleErrors();// 初始化加密操作，指定 AES-256-CBC 算法if (1 != EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv)) handleErrors();// 加密數(shù)據(jù)if (1 != EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &len, plaintext, plaintext_len))handleErrors();ciphertext_len = len;// 完成加密if (1 != EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext + len, &len)) handleErrors();ciphertext_len += len;// 釋放上下文EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);return ciphertext_len;
}int main() {// 32 字節(jié)的密鑰 (256 位)unsigned char key[AES_KEY_LENGTH] = "0123456789abcdef0123456789abcdef";// 生成 16 字節(jié)的初始向量 (128 位)unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE];if (!RAND_bytes(iv, AES_BLOCK_SIZE)) {fprintf(stderr, "隨機生成初始向量失敗\n");return 1;}unsigned char plaintext[] = "This is the data to encrypt";  // 要加密的數(shù)據(jù)unsigned char ciphertext[128];  // 存儲密文的緩沖區(qū)// 執(zhí)行加密操作int ciphertext_len = aes_encrypt(plaintext, strlen((char *)plaintext), key, iv, ciphertext);// 打印初始向量printf("Initial Vector (IV): ");for (int i = 0; i < AES_BLOCK_SIZE; i++) {printf("%02x ", iv[i]);}printf("\n");// 打印加密后的數(shù)據(jù)（密文）printf("Ciphertext (hex): ");for (int i = 0; i < ciphertext_len; i++) {printf("%02x ", ciphertext[i]);}printf("\n");return 0;
}

代碼說明：

• 初始化加密上下文：使用 EVP_CIPHER_CTX_new() 創(chuàng)建加密上下文。
• 設(shè)置加密算法和密鑰：通過 EVP_EncryptInit_ex() 指定 AES-256-CBC 算法。
• 加密數(shù)據(jù)：EVP_EncryptUpdate() 用于加密數(shù)據(jù)塊。
• 完成加密：EVP_EncryptFinal_ex() 處理最后的數(shù)據(jù)塊。
• 生成隨機初始向量（IV）：RAND_bytes() 生成隨機 IV，確保加密的安全性。

運行輸出示例

Initial Vector (IV): 1a 2b 3c 4d ... (隨機生成)
Ciphertext (hex): ae f5 67 89 ... (加密后的密文)

注意：密鑰和初始向量（IV）應(yīng)安全存儲，并且應(yīng)僅與需要解密的接收方共享。

這是對應(yīng)解密代碼，解密前需要與加密代碼相同的密鑰和初始向量（IV），用相同的算法參數(shù)對密文進行解密：

#include <openssl/evp.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define AES_KEY_LENGTH 32  // 256 位密鑰
#define AES_BLOCK_SIZE 16  // AES 塊大小 128 位（16 字節(jié)）void handleErrors() {ERR_print_errors_fp(stderr);abort();
}// 對稱解密函數(shù)
int aes_decrypt(unsigned char *ciphertext, int ciphertext_len, unsigned char *key,unsigned char *iv, unsigned char *plaintext) {EVP_CIPHER_CTX *ctx;int len;int plaintext_len;// 創(chuàng)建并初始化上下文if (!(ctx = EVP_CIPHER_CTX_new())) handleErrors();// 初始化解密操作，使用 AES-256-CBC 算法if (1 != EVP_DecryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv)) handleErrors();// 提供待解密的數(shù)據(jù)if (1 != EVP_DecryptUpdate(ctx, plaintext, &len, ciphertext, ciphertext_len))handleErrors();plaintext_len = len;// 完成解密操作if (1 != EVP_DecryptFinal_ex(ctx, plaintext + len, &len)) handleErrors();plaintext_len += len;// 清理上下文EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);return plaintext_len;
}int main() {// 密鑰和 IV 與加密時保持一致unsigned char key[AES_KEY_LENGTH] = "0123456789abcdef0123456789abcdef";unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE] = {0x1a, 0x2b, 0x3c, 0x4d, 0x5e, 0x6f, 0x7a, 0x8b,0x9c, 0xad, 0xbe, 0xcf, 0xde, 0xef, 0xfa, 0x1b};unsigned char ciphertext[] = {0xae, 0xf5, 0x67, 0x89, /* ... 加密數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)組 */};unsigned char decryptedtext[128];  // 緩沖區(qū)用于存儲解密后的明文// 執(zhí)行解密操作int decryptedtext_len = aes_decrypt(ciphertext, sizeof(ciphertext), key, iv, decryptedtext);// 添加字符串終止符decryptedtext[decryptedtext_len] = '\0';// 輸出解密后的明文printf("Decrypted text: %s\n", decryptedtext);return 0;
}

代碼說明：

• 初始化解密上下文：使用 EVP_CIPHER_CTX_new() 創(chuàng)建解密上下文。
• 設(shè)置解密算法和密鑰：通過 EVP_DecryptInit_ex() 指定 AES-256-CBC 算法。
• 解密數(shù)據(jù)：EVP_DecryptUpdate() 用于處理密文的主要部分。
• 完成解密：EVP_DecryptFinal_ex() 處理最后的數(shù)據(jù)塊，并將明文長度加到總長度中。
• 輸出解密結(jié)果：解密后的數(shù)據(jù)存儲在 decryptedtext 中，作為原始的明文數(shù)據(jù)輸出。

注意事項

• 密鑰和初始向量（IV）必須與加密時一致。
• 輸出的解密文本會和加密前的原始文本一致。