在OpenSSL中添加自定义加密算法

在OpenSSL中添加自定义加密算法

1.加密算法的加载... 1

2.密码算法接口的定义... 4

3.示例... 8

1.加密算法的加载

在调用加密算法之前，通过调用OpenSSL_add_all_algorithms来加载加密算法函数和单向散列算法函数

void OpenSSL_add_all_algorithms(void)

{

OpenSSL_add_all_ciphers(); /* 加载加密算法 */

OpenSSL_add_all_digests(); /* 加载单向散列函数 */

}

void OpenSSL_add_all_ciphers(void)函数实现如下:

void OpenSSL_add_all_ciphers(void)

{

EVP_add_cipher(EVP_rc2_cfb());

......

PKCS12_PBE_add();

PKCS5_PBE_add();

}

/* 这个过程的主要任务是向全局变量，static LHASH *names_lh，注册加密算法，如果添加了新的加密算法，必需向names_lh注册。 */

以下是IDEA算法的接口:

#ifndef NO_IDEA

EVP_add_cipher(EVP_idea_ecb()); /*添加EBC加密模式 */

EVP_add_cipher(EVP_idea_cfb()); /*添加CFB加密模式 */

EVP_add_cipher(EVP_idea_ofb()); /*添加OCF加密模式 */

EVP_add_cipher(EVP_idea_cbc()); /*添加CBC加密模式 */

EVP_add_cipher_alias(SN_idea_cbc,"IDEA"); /*添加cbc加密算法的别名 “IDEA” */

EVP_add_cipher_alias(SN_idea_cbc,"idea"); /*添加cbc加密算法的别名 “idea” */

#endif

在包括IDEA加密算法的情况下，OpenSSL将会选择IDAE加密算法模块！

下面来看看EVP_add_cipher函数是怎么实现的，

int EVP_add_cipher(EVP_CIPHER *c)

{

int r;

r=OBJ_NAME_add(OBJ_nid2sn(c->nid),OBJ_NAME_TYPE_CIPHER_METH,(char *)c);

if (r == 0) return(0);

r=OBJ_NAME_add(OBJ_nid2ln(c->nid),OBJ_NAME_TYPE_CIPHER_METH,(char *)c);

return(r);

}

/* 向全决变量names_lh 注册 obj_name_types 变量的过程 */

int OBJ_NAME_add(const char *name, int type, const char *data)

{

OBJ_NAME *onp,*ret;

int alias;

if ((names_lh == NULL) && !OBJ_NAME_init()) return(0);

alias=type&OBJ_NAME_ALIAS;

type&= ~OBJ_NAME_ALIAS;

onp=(OBJ_NAME *)OPENSSL_malloc(sizeof(OBJ_NAME));

if (onp == NULL)

{

/* ERROR */

return(0);

}

onp->name=name;

onp->alias=alias;

onp->type=type;

onp->data=data;

ret=(OBJ_NAME *)lh_insert(names_lh,onp);

if (ret != NULL)

{

/* free things */

if ((name_funcs_stack != NULL) && (sk_NAME_FUNCS_num(name_funcs_stack) > ret->type))

{

/* XXX: I'm not sure I understand why the free

* function should get three arguments...

* -- Richard Levitte

*/

sk_NAME_FUNCS_value(name_funcs_stack,ret->type)

->free_func(ret->name,ret->type,ret->data);

}

OPENSSL_free(ret);

}

else

{

if (lh_error(names_lh))

{

/* ERROR */

return(0);

}

}

return(1);

}

names_lh 是 LHASH的全局变量，用于维护obj_name_types的类型的变量。（在crypt/objects/o_names.c中定义）

（crypt/objects/obj_dat.h）相关的全局变量

static unsigned char lvalues[2896] 全局变量，已经初始化，存放了OpenSSL所有Object的相关信息。

nid_objs 是ASN1_OBJECT结构的数组全局变量，已经初始化，记录了所有OpenSSL用到的类型的名字

static ASN1_OBJECT *sn_objs[NUM_SN] 全局变量，已经初始化。

static ASN1_OBJECT *ln_objs[NUM_LN] 全局变量，已经初始化。

crypt/object/objects.h 中定义的结构

typedef struct obj_name_st

{

int type;

int alias;

const char *name;

const char *data;

} OBJ_NAME;

注意：crypto/objects 目录下面维护整个OpenSSL模块化的重要的程序，下面逐个做出介绍。

objects.txt 按照一定的语法结构，定义了SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base。经过perl程序objects.pl通过命令perl objects.pl objects.txt obj_mac.num obj_mac.h 处理后，生成了obj_mac.num 和obj_mac.h两个文件。

obj_mac.num 用来查阅 OBJ_base与NID_base之间的对应关系。

obj_mac.h 用来提供c语言类型SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base定义。

objects.h 同样提供了c语言类型SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base定义，在obj_mac.h 更新之后，必须对对应的objects.h 中的内容作出同步，及保持与obj_mac.h的定义一至，同时objects.h中也声明了一些对OBJ_name的操作函数。

objects.h 经过perl程序perl obj_dat.pl objects.h obj_dat.h处理之后，生成obj_dat.h头文件。

我们可以通过在objects.txt中的注册算法OID,就可以使用命令perl objects.pl objects.txt obj_mac.num obj_mac.h来生成自定义算法的一系列声明.

以下是我们添加的算法

在其中添加一行条目

rsadsi 3 255 : SSF33 : ssf33

分别生成以下声明

obj_dat.h:780:0x2A,0x86,0x48,0x86,0xF7,0x0D,0x03,0x81,0x7F,/* [5001] OBJ_ssf33 */

obj_dat.h:1949:{"SSF33","ssf33",NID_ssf33,9,&(lvalues[5001]),0},

obj_dat.h:3418:&(nid_objs[751]),/* "ssf33" */

obj_dat.h:3958:&(nid_objs[751]),/* OBJ_ssf33 1 2 840 113549 3 255 */

objects.txt:1046:rsadsi 3 255 : SSF33 : ssf33

obj_mac.h:3294:#define SN_ssf33 "SSF33"

obj_mac.h:3295:#define LN_ssf33 "ssf33"

obj_mac.h:3296:#define NID_ssf33 751

obj_mac.h:3297:#define OBJ_ssf33 OBJ_rsadsi,3L,255L

obj_mac.num:751:ssf33 751

2.密码算法接口的定义

typedef struct evp_cipher_st EVP_CIPHER;

/* 加密算法后被names_lh来管理,可以通算法的名称或别名来检索 */

struct evp_cipher_st

{

int nid; /*加密算法的nid*/

int block_size; /*数据块的大小 */

int key_len; /* Default value for variable length ciphers */

int iv_len; /* 对于CBC,CFB,OFB的加密算法初始化矢量*/

unsigned long flags; /* Various flags */

int (*init)(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,

const unsigned char *iv, int enc); /* init key */

int (*do_cipher)(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,

const unsigned char *in, unsigned int inl);/* encrypt/decrypt data */

int (*cleanup)(EVP_CIPHER_CTX *); /* cleanup ctx */

int ctx_size; /* how big the ctx needs to be */

int (*set_asn1_parameters)(EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE *); /* Populate a ASN1_TYPE with parameters */

int (*get_asn1_parameters)(EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE *); /* Get parameters from a ASN1_TYPE */

int (*ctrl)(EVP_CIPHER_CTX *, int type, int arg, void *ptr); /* Miscellaneous operations */

void *app_data; /* Application data */

};

如果正确定义了EVP_CIPHER变量，这个算法就可以被OpenSSL所接受了。

下面的宏将定义ECB,CBC,CFB,OFB算法EVP_CIPHER定义。

#define BLOCK_CIPHER_defs(cname, kstruct, /

nid, block_size, key_len, iv_len, flags,/

init_key, cleanup, set_asn1, get_asn1, ctrl)/

static EVP_CIPHER cname##_cbc = {/

nid##_cbc, block_size, key_len, iv_len, /

flags | EVP_CIPH_CBC_MODE,/

init_key,/

cname##_cbc_cipher,/

cleanup,/

sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+/

sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),/

set_asn1, get_asn1,/

ctrl, /

NULL /

};/

EVP_CIPHER *EVP_##cname##_cbc(void) { return &cname##_cbc; }/

static EVP_CIPHER cname##_cfb = {/

nid##_cfb64, 1, key_len, iv_len, /

flags | EVP_CIPH_CFB_MODE,/

init_key,/

cname##_cfb_cipher,/

cleanup,/

sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+/

sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),/

set_asn1, get_asn1,/

ctrl,/

NULL /

};/

EVP_CIPHER *EVP_##cname##_cfb(void) { return &cname##_cfb; }/

static EVP_CIPHER cname##_ofb = {/

nid##_ofb64, 1, key_len, iv_len, /

flags | EVP_CIPH_OFB_MODE,/

init_key,/

cname##_ofb_cipher,/

cleanup,/

sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+/

sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),/

set_asn1, get_asn1,/

ctrl,/

NULL /

};/

EVP_CIPHER *EVP_##cname##_ofb(void) { return &cname##_ofb; }/

static EVP_CIPHER cname##_ecb = {/

nid##_ecb, block_size, key_len, iv_len, /

flags | EVP_CIPH_ECB_MODE,/

init_key,/

cname##_ecb_cipher,/

cleanup,/

sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+/

sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),/

（ctx_size 其中有联合的结构，如何获取EVP_CIPHER_CTX数据长度）

set_asn1, get_asn1,/

ctrl,/

NULL /

};/

EVP_CIPHER *EVP_##cname##_ecb(void) { return &cname##_ecb; }

上面的宏在经过处理之后，变成了四中加密模式的EVP_CIPHER定义，这个结构中封装了加密操作汉书，密钥初始化函数，以及密钥的清理函数。除了实现加密算法之外，还比需实现对应的密钥结构！

EVP_CIPHER_CTX就是密钥结构，完成对加密算法密钥的管理。

typedef struct evp_cipher_ctx_st EVP_CIPHER_CTX;

struct evp_cipher_ctx_st

{

const EVP_CIPHER *cipher;

int encrypt; /* encrypt or decrypt */

int buf_len; /* number we have left */

unsigned char oiv[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* original iv */

unsigned char iv[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* working iv */

unsigned char buf[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* saved partial block */

int num; /* used by cfb/ofb mode */

void *app_data; /* application stuff */

int key_len; /* May change for variable length cipher */

/* 通过联合的方式管理密钥，对各种密钥实现灵活的管理 */

union {

#ifndef NO_RC4

struct

{

unsigned char key[EVP_RC4_KEY_SIZE];

RC4_KEY ks; /* working key */

} rc4;

#endif

#ifndef NO_DES

des_key_schedule des_ks;/* key schedule */

struct

{

des_key_schedule ks;/* key schedule */

des_cblock inw;

des_cblock outw;

} desx_cbc;

struct

{

des_key_schedule ks1;/* key schedule */

des_key_schedule ks2;/* key schedule (for ede) */

des_key_schedule ks3;/* key schedule (for ede3) */

} des_ede;

#endif

#ifndef NO_IDEA

IDEA_KEY_SCHEDULE idea_ks;/* key schedule */

#endif

#ifndef NO_RC2

struct {

int key_bits; /* effective key bits */

RC2_KEY ks;/* key schedule */

} rc2;

#endif

#ifndef NO_RC5

struct {

int rounds; /* number of rounds */

RC5_32_KEY ks;/* key schedule */

} rc5;

#endif

#ifndef NO_BF

BF_KEY bf_ks;/* key schedule */

#endif

#ifndef NO_CAST

CAST_KEY cast_ks;/* key schedule */

#endif

} c;

};

3.示例

熟悉了这些结构，我们就可以通过这些ssf33的算法的申明添加自定义算法了，这里我们以RC4算法为模板只是修改名字来创建我们的算法.

在crypto/evp/下添加e_ssf33.c,内容如下

#include <stdio.h>

#include "cryptlib.h"

#ifndef OPENSSL_NO_RC4

#include <openssl/evp.h>

#include <openssl/objects.h>

#include <openssl/rc4.h>

/* FIXME: surely this is available elsewhere? */

#define EVP_SSF33_KEY_SIZE 16

typedef struct

{

RC4_KEY ks; /* working key */

} EVP_SSF33_KEY;

#define data(ctx) ((EVP_SSF33_KEY *)(ctx)->cipher_data)

static int ssf33_init_key(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,

const unsigned char *iv,int enc);

static int ssf33_cipher(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,

const unsigned char *in, unsigned int inl);

static const EVP_CIPHER ssf33_evp_cipher=

{

NID_ssf33,

1,EVP_SSF33_KEY_SIZE,0,

EVP_CIPH_VARIABLE_LENGTH,

ssf33_init_key,

ssf33_cipher,

NULL,

sizeof(EVP_SSF33_KEY),

NULL,

NULL,

NULL,

NULL

};

const EVP_CIPHER *EVP_ssf33(void)

{

return(&ssf33_evp_cipher);

}

static int ssf33_init_key(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,

const unsigned char *iv, int enc)

{

RC4_set_key(&data(ctx)->ks,EVP_CIPHER_CTX_key_length(ctx),

key);

return 1;

}

static int ssf33_cipher(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,

const unsigned char *in, unsigned int inl)

{

RC4(&data(ctx)->ks,inl,in,out);

return 1;

}

#endif

接下来在evp.h中添加对算法的声明

evp.h:const EVP_CIPHER *EVP_ssf33(void);

这样我们只要在c_allc.c文件中修改OpenSSL_add_all_ciphers函数，使用EVP_add_cipher注册加密函数就可以了.

EVP_add_cipher(EVP_ssf33());

就可以使用此函数了！可以通过evp_test测试实例！^_^