EVP_CIPHER_CTX加解密接口函数说明

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本文详细介绍了OpenSSL中EVP_CIPHER_CTX的加密和解密过程，包括EVP_EncryptInit_ex、EVP_EncryptUpdate、EVP_EncryptFinal_ex等函数的使用。内容涵盖加密模式、填充规则以及PKCS7填充的处理。同时，讨论了加密解密时对数据块大小的要求和填充选项的设置方法。

源码文件：/evp/evp_enc.c

EVP_CIPHER_CTX ctx;

加密函数说明：

1、EVP_CIPHER_CTX_init(&ctx)

把ctx清0

2、EVP_EncryptInit_ex(&ctx, EVP_rc4(), NULL, key, NULL);

初始化ctx

2.1、ctx->encrypt = enc;设置ctx为加密或者解密

2.2、ctx->cipher = cipher;设置ctx的加密算法为EVP_rc4()

2.3、ctx->cipher_data = OPENSSL_malloc(ctx->cipher->ctx_size);开辟算法的私有数据空间，并赋值给ctx，这个私有数据一般是秘钥，在这里是EVP_RC4_KEY。

2.4、根据算法设置ctx的其它一些成员

ctx->key_len = cipher->key_len;

ctx->flags = 0;

2.5、ctx->cipher->init(ctx, key, iv, enc) 把key设置到2.3所分配的cipher_data中

2.6、最后设置一些ctx成员

ctx->buf_len = 0;

ctx->final_used = 0;

ctx->block_mask = ctx->cipher->block_size - 1; 加密块掩码用例检测要加密的数据是否是各算法块大小的整数倍

3、EVP_EncryptUpdate()

3.1、如果要加密的数据大小是算法块大小的整数倍执行如下的if分支。直接调用EVP算法加密函数进行加密

if (ctx->buf_len == 0 && (inl & (ctx->block_mask)) == 0) {

*outl = 0;

if (ctx->cipher->do_cipher(ctx, out, in, inl)) {

*outl = inl;

return 1;

} else {

*outl = 0;

return 0;

}

}

3.2、如果要加密的数据大小不是算法块大小的整数倍，先只加密块大小最大整数倍大小的数据。

i = inl & (bl - 1); //计算要加密的数据大小除以块大小的余数

inl -= i;//要加密的数据最后不够块大小的数据暂时不加密

if (inl > 0) {

if (!ctx->cipher->do_cipher(ctx, out, in, inl))

return 0;

*outl += inl;

}

3.3、memcpy(ctx->buf, &(in[inl]), i);把剩余不够块大小没加密完的数据存到ctx里面

ctx->buf_len = i; 没加密完的数据大小也记录下来，在EVP_EncryptFinal_ex会用

3.4、在执行完EVP_EncryptUpdate()后，outl大小分三种情况：

3.4.1、outl = 0 要加密的数据大小不足块大小

3.4.2、outl = inl 要加密的数据大小大于块大小且是块大小的整数倍，这种情况下outl就是要加密的数据长度

3.4.3、outl = inl - (inl % block_size) 要加密的数据大小大于块大小但不是块大小的整数倍，这种情况下outl是要加密的数据长度减去最后不够块大小的数据长度

4、EVP_EncryptFinal_ex(&ctx, zz + i, &j)

一般用来处理最后没加密完的数据，这里的zz是要加密的数据，i是EVP_EncryptUpdate()处理完后的outl。

4.1、bl = ctx->buf_len;这个长度是0或者是没加密的数据长度

4.2、如果bl不是0，并且加密模式被设置过EVP_CIPH_NO_PADDING，返回0(表示加密失败)。

如果明文大小是块大小的整数倍，outl设置为0，就返回1(表示最后执行成功)，这种情况下没必要再执行EVP_EncryptFinal_ex函数

if (ctx->flags & EVP_CIPH_NO_PADDING) {

if (bl) {

EVPerr(EVP_F_EVP_ENCRYPTFINAL_EX,EVP_R_DATA_NOT_MULTIPLE_OF_BLOCK_LENGTH);

return 0;

}

*outl = 0;

return 1;//EVP_EncryptFinal_ex()只对需要填充的模式起效

}

4.3、对最后的数据填充至算法block_size大小

n = b - bl; //b= ctx->cipher->block_size;算法的块大小。bl大小见4.1的说明

for (i = bl; i < b; i++)

ctx->buf[i] = n;

buf[EVP_MAX_BLOCK_LENGTH]这里的buf是固定32字节的一个数组，

也就是说openssl只支持最多32字节的块大小，如需要支持更大块大小，需要修改代码。

可以看出openssl采用的是pkcs7的填充规则(如果有n个字节需要填充，那么每个字节就填入n，十六进制填充)。

4.4、对最后一个填充过的块进行加密

ret = ctx->cipher->do_cipher(ctx, out, ctx->buf, b);//加密成功后，密文的大小一定是算法块大小的整数倍。

解密函数说明：
5、EVP_DecryptInit_ex和EVP_EncryptInit_ex是一样的，都是掉用的EVP_CipherInit_ex()函数，EVP_CipherInit_ex的最后一个参数是1还是0来设置ctx是加密还是解密
6、EVP_DecryptUpdate

6.1、if (ctx->flags & EVP_CIPH_NO_PADDING)

return EVP_EncryptUpdate(ctx, out, outl, in, inl);

不填充，直接解密。这里加解密都是调用的EVP_EncryptUpdate()，具体是加密还是解密是根据ctx->encrypt的值来判断的，在2.1中ctx初始化时设置这个成员

这个时候执行EVP_EncryptUpdate()中如下代码：

if (ctx->buf_len == 0 && (inl & (ctx->block_mask)) == 0) {

if (ctx->cipher->do_cipher(ctx, out, in, inl)) {

//解密成功

*outl = inl;

return 1;

}

*outl = 0;

return 0;

}

不填充，密文长度是块大小的整数倍，解密才成功。如果填充，不执行这段代码。

6.2、EVP_EncryptUpdate(ctx, out, outl, in, inl)执行解密

6.2.1、如果要解密的数据大小是块大小的整数倍，执行6.1中执行的EVP_EncryptUpdate()代码

6.2.2、如果要解密的数据大小不是块大小的整数倍，执行EVP_EncryptUpdate()，这时调的是具体算法的解密函数。

和加密类似，解密时最后一个不够块大小的密文块不会被解密，存放到ctx->buf里面，同时设置ctx->buf_len = i，XXX_final函数会用到

正常情况下，密文是不会出现大小不是块大小的整数倍的。

6.3、处理最后一个密文块，也就是明文填充后加密出的那个密文块

if (b > 1 && !ctx->buf_len) {

//正常情况下会走这个分支，正常情况是指，密文是由相应的加密算法成功加密的结果，不是随意的一个字符串。

*outl -= b;//需要单独处理最后一个填充过的块，除最后一个填充过的块，其它数据块跟原来的明文是一样的。

ctx->final_used = 1;

memcpy(ctx->final, &out[*outl], b); //把解密后最后一个带填充值的数据块，复制到ctx->final_used里面

}

7、EVP_DecryptFinal，这个函数直接调用的EVP_DecryptFinal_ex()，并无其它操作

8、EVP_DecryptFinal_ex

8.1、如果是不填充的，并且还有没解密完的数据，报错，返回解密失败0。

如果是不填充的，并且密文长度是块大小的整数倍，什么都没做就返回了，这种情况下就没必要再调EVP_DecryptFinal了。

if (ctx->flags & EVP_CIPH_NO_PADDING) {

if (ctx->buf_len) {

EVPerr(EVP_F_EVP_DECRYPTFINAL_EX,EVP_R_DATA_NOT_MULTIPLE_OF_BLOCK_LENGTH);

return 0;

}

*outl = 0;

return 1;

}

8.2、如何还有没解密完的数据块，直接返回，报错。密文不正确、不是块大小的整数倍才会出现没解密完的数据块。

if (ctx->buf_len || !ctx->final_used) {

EVPerr(EVP_F_EVP_DECRYPTFINAL_EX, EVP_R_WRONG_FINAL_BLOCK_LENGTH);

return (0);

}

8.3、从填充数据的最后一个字节获取填充的值，并检测获取到的值是否合法

n = ctx->final[b - 1];

if (n == 0 || n > (int)b) {

//填充的值是不能为0的，也不能大于算法的块大小

EVPerr(EVP_F_EVP_DECRYPTFINAL_EX, EVP_R_BAD_DECRYPT);

return (0);

}

for (i = 0; i < n; i++) {

//循环检查填充的值是否正确，检测规则是：根据最后一个字节的值n确定最后的几个字节需要检查，并且每个字节的值等于n。

if (ctx->final[--b] != n) {

EVPerr(EVP_F_EVP_DECRYPTFINAL_EX, EVP_R_BAD_DECRYPT);

return (0);

}

}

8.4、剔除填充的值

//计算填充块中，明文的长度

n = ctx->cipher->block_size - n;

for (i = 0; i < n; i++)

out[i] = ctx->final[i]; //把明文放到out里面，这个out是EVP_DecryptUpdate()执行完后的out+outl1

*outl = n;

这样在应用程序调用EVP_DecryptFinal()这个函数后，这个outl的值就是最后一个填充过的数据块中原来明文的长度。这个outl(假设为outl2)和EVP_DecryptUpdate()处理完成后的outl(假设为outl1)合起来就是原来明文的长度，

其实完整的明文在调用EVP_DecryptUpdate()后已经全部解密出来了(只是需要确定最后一个填充块中明文的长度)

最后掉用EVP_DecryptFinal()用来确定填充块中的明文的长度。

EVP_DecryptUpdate()执行完成后的out就是解密后明文的起始地址，outl1+outl2就是解密后的明文长度

密文一定要是对应算法块大小的整数倍，在调用解密的EVP_XXX函数之前可以做个检查，不满足这个条件可以不用解密了
不填充，只能加密块大小整数倍的明文，否则，加密结果是不完整的

9、关于设置是否填充的接口

EVP_CIPHER_CTX_set_padding(ctx, flag)

flag是0表示没有padding,flag是1表示有padding。默认是有padding的结果

EVP加密步骤：
OpenSSL_add_all_ciphers();
EVP_get_cipherbyname(xxx);
EVP_CIPHER_CTX_init(&ctx);

EVP_EncryptInit_ex(&ctx, ec, NULL, key, NULL);

//padding为0表示不填充，1表示填充，这里会根据padding的值来设置ctx->flags的值。不调此函数跟padding是1的效果一样

EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&ctx, padding);

EVP_EncryptUpdate(&ctx, out, &out_len, input, input_len);

input是明文，input_len是明文长度；out是密文，out_len是密文长度

如果明文不是算法块大小的整数倍，这里的out_len是不包含最后一个填充块加密出的密文长度。
EVP_EncryptFinal_ex(&ctx, out + out_len, &out_len_final); //加密最后一个填充的数据块，out+out_len作用是确定加密后的密文放置位置。最后一个需要填充的明文块被放置在ctx->buf里面
本函数在填充后会调用算法的加密函数进行加密，并把加密出的密文放到out+out_len处。
如果明文大小是块大小的整数倍，可以不调本函数。这种情况下ctx->buf是空的，这个函数不会有下一步的加密操作
如果明文大小是块大小的整数倍，调用了本函数，并且是填充模式，那么就会填充整个块大小(也就是整个数据块都是填充的值，并不包含明文)的数据来进行加密，这其实是不需要的
从out开始的out_len+out_len_final长的字符就是完整的密文

加密完成后的密文不能直接在网络上发送。直接写文件也是乱码，也不合适。需要做BASE64转换后在发往网络或者写文件。以下是用lcrypto库提供的BASE64转换接口实现的BASE64转换。

int base64_encode(char *in_str, int in_len, char *out_str)
{
BIO *b64, *bio;
BUF_MEM *bptr = NULL;
size_t size = 0;

if (in_str == NULL || out_str == NULL)
return -1;

b64 = BIO_new(BIO_f_base64());
bio = BIO_new(BIO_s_mem());
bio = BIO_push(b64, bio);

BIO_write(bio, in_str, in_len);
BIO_flush(bio);

BIO_get_mem_ptr(bio, &bptr);
memcpy(out_str, bptr->data, bptr->length);
out_str[bptr->length] = '\0';
size = bptr->length;

BIO_free_all(bio);
return size;
}

int base64_decode(char *in_str, int in_len, char *out_str)
{
BIO *b64, *bio;
BUF_MEM *bptr = NULL;
int counts;
int size = 0;

if (in_str == NULL || out_str == NULL)
return -1;

b64 = BIO_new(BIO_f_base64());
BIO_set_flags(b64, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL);

bio = BIO_new_mem_buf(in_str, in_len);
bio = BIO_push(b64, bio);

size = BIO_read(bio, out_str, in_len);
out_str[size] = '\0';

BIO_free_all(bio);
return size;
}

EVP解密步骤
OpenSSL_add_all_ciphers();
EVP_get_cipherbyname(xxx);
EVP_CIPHER_CTX_init(&ctx)
EVP_DecryptInit_ex(&ctx, ec, NULL, key, NULL);

EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&ctx, padding);

//input是密文，input_len是密文长度；out，是明文，out_len是明文长度

EVP_DecryptUpdate(&ctx, out, &out_len, input, input_len);
如果密文是没填充过的，那么out_len就是完整明文的长度，否则是明文的部分长度
这一步里面明文已经完全解密出来放到out里面了，只是在有填充时，还不确定最后一个块里面有几个字节是明文EVP_DecryptFinal_ex(&ctx, out + out_len, &out_len_final);从最后一个包含填充值的明文块里计算剩余的明文长度，并把剩余的明文长度赋值给out_len_final

从out开始的out_len+out_len_final长的字符就是完整的明文

上面两个例子中的out空间要够存放加密或解密的值。这个空间大小在加密时，可设置成明文长度+算法的块大小；解密时，可设置成密文长度。

如果是不填充的
加密时，只能加密长度是块大小整数倍的明文，否则加密的结果是不完整的。
解密时，EVP_DecryptUpdate()执行后的out包含的字符就是解密后的内容，这个时候out_len始终是0，不能用来确定解密后的明文长度。不需要再调用EVP_DecryptFinal_ex()，调的话也是执行失败

如果是填充的
不管明文长度是否是块大小的整数倍，加解密都要调用EVP_EncryptFinal_ex()