Шифрование/дешифрование текстовых строк с использованием OpenSSL ECC

Question

Как я могу использовать поддержку ECC OpenSSL для шифрования или расшифровки текстовой строки? Я могу генерировать частные/общедоступные ключи ECC с использованием API OpenSSL, но я не знаю, как шифровать простой текст с помощью этих ключей.

Answer 1

ECC сам по себе не определяет какие-либо операции шифрования/дешифрования - алгоритмы, построенные на эллиптических кривых.

Один пример - эллиптическая кривая Диффи-Хеллман. Вы можете зашифровать сообщение с помощью ECDH:

1. Создание эфемерного ключа EC.
2. Используя этот ключ и открытый ключ получателя, создайте секрет, используя ECDH.
3. Используйте этот секрет в качестве ключа для шифрования сообщения с помощью симметричного шифра, такого как AES.
4. передачи зашифрованного сообщения и эфемерным открытого ключа, генерируемого в шаге 1.

Для расшифровки:

1. Загрузите эфемерное открытый ключ из сообщения.
2. Используйте этот открытый ключ вместе с ключом получателя, чтобы сгенерировать секрет с помощью ECDH.
3. Используйте этот секрет в качестве ключа для расшифровки сообщения с помощью симметричного шифра.

EDIT: Ниже основная идея, чтобы создать секретный используя ECDH. Сначала нам нужно определить ключевую функцию деривации - в ней используется хэш SHA1.

void *KDF1_SHA1(const void *in, size_t inlen, void *out, size_t *outlen) 
{ 
    if (*outlen < SHA_DIGEST_LENGTH) 
     return NULL; 
    else 
     *outlen = SHA_DIGEST_LENGTH; 
    return SHA1(in, inlen, out); 
} 

Это код ECDH для стороны отправителя. Предполагается, что открытый ключ получателя уже находится в «recip_key», и вы проверили его с помощью EC_KEY_check_key(). Он также опускает очень важную проверку ошибок, ради краткости, которую вы должны определенно хотите включить в производственный код.

EC_KEY *ephemeral_key = NULL; 
const EC_GROUP *group = NULL; 
unsigned char buf[SHA_DIGEST_LENGTH] = { 0 }; 

group = EC_KEY_get0_group(recip_key); 
ephemeral_key = EC_KEY_new(); 
EC_KEY_set_group(ephemeral_key, group); 

EC_KEY_generate_key(ephemeral_key); 
ECDH_compute_key(buf, sizeof buf, EC_KEY_get0_public_key(recip_key), ephemeral_key, KDF1_SHA1); 

После этого буфер «buf» содержит 20 байтов материала, который вы можете использовать для манипуляции. Этот сокращенный пример основан на коде в «ecdhtest.c» в исходном дистрибутиве openssl - я предлагаю взглянуть на него.

Вы хотите отправить часть открытого ключа ephemeral_key с зашифрованным сообщением и безопасно отбросить часть секретного ключа. MAC по данным также является хорошей идеей, и если вам нужно более 20 байтов материала для ключей, то, вероятно, будет более длинный хеш.

Получатель делает что-то подобное, за исключением того, что его закрытый ключ уже существует (поскольку отправитель должен был знать соответствующий открытый ключ заранее), а открытый ключ получен от отправителя.

Answer 2

С его так трудно найти примеры, показывающие, как использовать ECC для шифрования данных. Я думал, что разместил бы код для других пользователей.Для полного списка, проверьте мой OpenSSL-DEV проводки:

http://www.mail-archive.com/openssl-dev@openssl.org/msg28042.html

В основном сво вымывается полезная версия о том, как использовать ECDH для защиты блока данных. ECDH используется для создания общего секрета. Общий секрет затем хэшируется с использованием SHA 512. Результирующие 512 бит разделяются, а 256 - ключом к симметричному шифру (AES 256 в моем примере), а остальные 256 бит используются в качестве ключа для HMAC. Моя реализация основана на стандарте ECIES, обозначенном рабочей группой SECG.

Основные функции ecies_encrypt(), который принимает открытый ключ в шестнадцатеричном виде и возвращает зашифрованные данные:

secure_t * ecies_encrypt(char *key, unsigned char *data, size_t length) { 

void *body; 
HMAC_CTX hmac; 
int body_length; 
secure_t *cryptex; 
EVP_CIPHER_CTX cipher; 
unsigned int mac_length; 
EC_KEY *user, *ephemeral; 
size_t envelope_length, block_length, key_length; 
unsigned char envelope_key[SHA512_DIGEST_LENGTH], iv[EVP_MAX_IV_LENGTH], block[EVP_MAX_BLOCK_LENGTH]; 

// Simple sanity check. 
if (!key || !data || !length) { 
    printf("Invalid parameters passed in.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Make sure we are generating enough key material for the symmetric ciphers. 
if ((key_length = EVP_CIPHER_key_length(ECIES_CIPHER)) * 2 > SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("The key derivation method will not produce enough envelope key material for the chosen ciphers. {envelope = %i/required = %zu}", SHA512_DIGEST_LENGTH/8, 
      (key_length * 2)/8); 
    return NULL; 
} 

// Convert the user's public key from hex into a full EC_KEY structure. 
if (!(user = ecies_key_create_public_hex(key))) { 
    printf("Invalid public key provided.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create the ephemeral key used specifically for this block of data. 
else if (!(ephemeral = ecies_key_create())) { 
    printf("An error occurred while trying to generate the ephemeral key.\n"); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Use the intersection of the provided keys to generate the envelope data used by the ciphers below. The ecies_key_derivation() function uses 
// SHA 512 to ensure we have a sufficient amount of envelope key material and that the material created is sufficiently secure. 
else if (ECDH_compute_key(envelope_key, SHA512_DIGEST_LENGTH, EC_KEY_get0_public_key(user), ephemeral, ecies_key_derivation) != SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("An error occurred while trying to compute the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Determine the envelope and block lengths so we can allocate a buffer for the result. 
else if ((block_length = EVP_CIPHER_block_size(ECIES_CIPHER)) == 0 || block_length > EVP_MAX_BLOCK_LENGTH || (envelope_length = EC_POINT_point2oct(EC_KEY_get0_group(
     ephemeral), EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), POINT_CONVERSION_COMPRESSED, NULL, 0, NULL)) == 0) { 
    printf("Invalid block or envelope length. {block = %zu/envelope = %zu}\n", block_length, envelope_length); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// We use a conditional to pad the length if the input buffer is not evenly divisible by the block size. 
else if (!(cryptex = secure_alloc(envelope_length, EVP_MD_size(ECIES_HASHER), length, length + (length % block_length ? (block_length - (length % block_length)) : 0)))) { 
    printf("Unable to allocate a secure_t buffer to hold the encrypted result.\n"); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Store the public key portion of the ephemeral key. 
else if (EC_POINT_point2oct(EC_KEY_get0_group(ephemeral), EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), POINT_CONVERSION_COMPRESSED, secure_key_data(cryptex), envelope_length, 
     NULL) != envelope_length) { 
    printf("An error occurred while trying to record the public portion of the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

// The envelope key has been stored so we no longer need to keep the keys around. 
EC_KEY_free(ephemeral); 
EC_KEY_free(user); 

// For now we use an empty initialization vector. 
memset(iv, 0, EVP_MAX_IV_LENGTH); 

// Setup the cipher context, the body length, and store a pointer to the body buffer location. 
EVP_CIPHER_CTX_init(&cipher); 
body = secure_body_data(cryptex); 
body_length = secure_body_length(cryptex); 

// Initialize the cipher with the envelope key. 
if (EVP_EncryptInit_ex(&cipher, ECIES_CIPHER, NULL, envelope_key, iv) != 1 || EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&cipher, 0) != 1 || EVP_EncryptUpdate(&cipher, body, 
     &body_length, data, length - (length % block_length)) != 1) { 
    printf("An error occurred while trying to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

// Check whether all of the data was encrypted. If they don't match up, we either have a partial block remaining, or an error occurred. 
else if (body_length != length) { 

    // Make sure all that remains is a partial block, and their wasn't an error. 
    if (length - body_length >= block_length) { 
     printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 

    // Copy the remaining data into our partial block buffer. The memset() call ensures any extra bytes will be zero'ed out. 
    memset(block, 0, EVP_MAX_BLOCK_LENGTH); 
    memcpy(block, data + body_length, length - body_length); 

    // Advance the body pointer to the location of the remaining space, and calculate just how much room is still available. 
    body += body_length; 
    if ((body_length = secure_body_length(cryptex) - body_length) < 0) { 
     printf("The symmetric cipher overflowed!\n"); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 

    // Pass the final partially filled data block into the cipher as a complete block. The padding will be removed during the decryption process. 
    else if (EVP_EncryptUpdate(&cipher, body, &body_length, block, block_length) != 1) { 
     printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 
} 

// Advance the pointer, then use pointer arithmetic to calculate how much of the body buffer has been used. The complex logic is needed so that we get 
// the correct status regardless of whether there was a partial data block. 
body += body_length; 
if ((body_length = secure_body_length(cryptex) - (body - secure_body_data(cryptex))) < 0) { 
    printf("The symmetric cipher overflowed!\n"); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

else if (EVP_EncryptFinal_ex(&cipher, body, &body_length) != 1) { 
    printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 

// Generate an authenticated hash which can be used to validate the data during decryption. 
HMAC_CTX_init(&hmac); 
mac_length = secure_mac_length(cryptex); 

// At the moment we are generating the hash using encrypted data. At some point we may want to validate the original text instead. 
if (HMAC_Init_ex(&hmac, envelope_key + key_length, key_length, ECIES_HASHER, NULL) != 1 || HMAC_Update(&hmac, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) 
     != 1 || HMAC_Final(&hmac, secure_mac_data(cryptex), &mac_length) != 1) { 
    printf("Unable to generate a data authentication code. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 

return cryptex; 
} 

И ecies_decrypt(), который принимает секретный ключ, опять же в шестнадцатеричной форме, и расшифровывает ранее обеспеченный буфер:

unsigned char * ecies_decrypt(char *key, secure_t *cryptex, size_t *length) { 

HMAC_CTX hmac; 
size_t key_length; 
int output_length; 
EVP_CIPHER_CTX cipher; 
EC_KEY *user, *ephemeral; 
unsigned int mac_length = EVP_MAX_MD_SIZE; 
unsigned char envelope_key[SHA512_DIGEST_LENGTH], iv[EVP_MAX_IV_LENGTH], md[EVP_MAX_MD_SIZE], *block, *output; 

// Simple sanity check. 
if (!key || !cryptex || !length) { 
    printf("Invalid parameters passed in.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Make sure we are generating enough key material for the symmetric ciphers. 
else if ((key_length = EVP_CIPHER_key_length(ECIES_CIPHER)) * 2 > SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("The key derivation method will not produce enough envelope key material for the chosen ciphers. {envelope = %i/required = %zu}", SHA512_DIGEST_LENGTH/8, 
      (key_length * 2)/8); 
    return NULL; 
} 

// Convert the user's public key from hex into a full EC_KEY structure. 
else if (!(user = ecies_key_create_private_hex(key))) { 
    printf("Invalid private key provided.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create the ephemeral key used specifically for this block of data. 
else if (!(ephemeral = ecies_key_create_public_octets(secure_key_data(cryptex), secure_key_length(cryptex)))) { 
    printf("An error occurred while trying to recreate the ephemeral key.\n"); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Use the intersection of the provided keys to generate the envelope data used by the ciphers below. The ecies_key_derivation() function uses 
// SHA 512 to ensure we have a sufficient amount of envelope key material and that the material created is sufficiently secure. 
else if (ECDH_compute_key(envelope_key, SHA512_DIGEST_LENGTH, EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), user, ecies_key_derivation) != SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("An error occurred while trying to compute the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// The envelope key material has been extracted, so we no longer need the user and ephemeral keys. 
EC_KEY_free(ephemeral); 
EC_KEY_free(user); 

// Use the authenticated hash of the ciphered data to ensure it was not modified after being encrypted. 
HMAC_CTX_init(&hmac); 

// At the moment we are generating the hash using encrypted data. At some point we may want to validate the original text instead. 
if (HMAC_Init_ex(&hmac, envelope_key + key_length, key_length, ECIES_HASHER, NULL) != 1 || HMAC_Update(&hmac, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) 
     != 1 || HMAC_Final(&hmac, md, &mac_length) != 1) { 
    printf("Unable to generate the authentication code needed for validation. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 
    return NULL; 
} 

HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 

// We can use the generated hash to ensure the encrypted data was not altered after being encrypted. 
if (mac_length != secure_mac_length(cryptex) || memcmp(md, secure_mac_data(cryptex), mac_length)) { 
    printf("The authentication code was invalid! The ciphered data has been corrupted!\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create a buffer to hold the result. 
output_length = secure_body_length(cryptex); 
if (!(block = output = malloc(output_length + 1))) { 
    printf("An error occurred while trying to allocate memory for the decrypted data.\n"); 
    return NULL; 
} 

// For now we use an empty initialization vector. We also clear out the result buffer just to be on the safe side. 
memset(iv, 0, EVP_MAX_IV_LENGTH); 
memset(output, 0, output_length + 1); 

EVP_CIPHER_CTX_init(&cipher); 

// Decrypt the data using the chosen symmetric cipher. 
if (EVP_DecryptInit_ex(&cipher, ECIES_CIPHER, NULL, envelope_key, iv) != 1 || EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&cipher, 0) != 1 || EVP_DecryptUpdate(&cipher, block, 
     &output_length, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) != 1) { 
    printf("Unable to decrypt the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

block += output_length; 
if ((output_length = secure_body_length(cryptex) - output_length) != 0) { 
    printf("The symmetric cipher failed to properly decrypt the correct amount of data!\n"); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

if (EVP_DecryptFinal_ex(&cipher, block, &output_length) != 1) { 
    printf("Unable to decrypt the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 

*length = secure_orig_length(cryptex); 
return output; 
} 

Я отправляю это, потому что я лично не мог найти какие-либо другие примеры того, как защитить файлы с помощью ECC и библиотеку OpenSSL. Это говорит о том, что стоит упомянуть альтернативы, которые не используют OpenSSL. Один из них - seccure, который следует шаблону, подобному моему примеру, только он полагается на libgcrypt. Поскольку libgcrypt не предоставляет всех необходимых функций ECC, программа seccure заполняет пробелы и реализует логику ECC, отсутствующую в libgcrypt.

Другая программа, заслуживающая внимания, - это SKS, которая использует аналогичный процесс шифрования на основе ECC в качестве примера выше, но не имеет никаких внешних зависимостей (так что все коды ECC находятся там, где вы можете посмотреть).