OpenSSL加解密使用

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

  1. 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

推荐阅读更多精彩内容

  • Https从了解到算了 Https的概念 以下相关名词均摘自wikipedia Https 超文本传输安全协议(英...
    又似在水一方阅读 782评论 0 5
  • HTTPS介绍 超文本传输安全协议(英语:Hypertext Transfer Protocol Secure,缩...
    齐滇大圣阅读 7,306评论 8 95
  • 01 经常看到一些年过40,50的中年妇女聚在一起家长里短,抱怨,诉苦。好像她的生活就没有一点让人满意的地方,还有...
    萧小月阅读 571评论 0 2
  • 哎呀,又是检查。真搞不懂他们。明明知道是假的,还装模作样地查,你们动动嘴,要知道我们就得费时费力、马不停蹄好几天。...
    素心浅淡阅读 58评论 1 0