程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> C++ >> 關於C++ >> 用CryptoAPI進行數據加密

用CryptoAPI進行數據加密

編輯：關於C++

因為過於復雜的加密算法實現起來非常困難，所以在過去，許多應用程序只能使用非常簡單的加密技術，這樣做的結果就是加密的數據很容易就可以被人破譯。而使用Microsoft提供的加密應用程序接口（即Cryptography API）,或稱CryptoAPI，就可以方便地在應用程序中加入強大的加密功能，而不必考慮基本的算法。本文將對CryptoAPI及其使用的數據加密原理作一簡單的介紹，然後給出了用CryptoAPI編寫加密程序的大致步驟，最後以一個文件的加密、解密程序為例演示了CryptoAPI的部分功能。

1. CryptoAPI簡介

CryptoAPI是一組函數，為了完成數學計算，必須具有密碼服務提供者模塊（CSP）。Microsoft通過捆綁RSA Base Provider在操作系統級提供一個CSP，使用RSA公司的公鑰加密算法，更多的CSP可以根據需要增加到應用中。事實上，CSP有可能與特殊硬件設備（如智能卡）一起來進行數據加密。CryptoAPI接口允許簡單的函數調用來加密數據，交換公鑰，散列一個消息來建立摘要以及生成數字簽名。它還提供高級的管理操作，如從一組可能的CSP中使用一個CSP。此外，CryptoAPI還為許多高級安全性服務提供了基礎，包括用於電子商務的SET，用於加密客戶機/服務器消息的PCT，用於在各個平台之間來回傳遞機密數據和密鑰的PFX，代碼簽名等等。CryptoAPI的體系結構如下圖：

目前支持CryptoAPI的Windows系統有：Windows 95 OSR2、Windows NT SP3及後續版本、Windows 98、Windows 2000等。CryptoAPI的配置信息存儲在注冊表中，包括如下密鑰：

HKEY＿LOCAL＿MACHINE＼SOFTWARE＼ Microsoft \ Cryptography \Defaults HKEY_CURRENT_USER\ Software \ Microsoft \ Cryptography \Providers

2.數據加密原理

數據加密的流程如下圖：

CryptoAPI使用兩種密鑰：會話密鑰與公共/私人密鑰對。會話密鑰使用相同的加密和解密密鑰，這種算法較快，但必須保證密鑰的安全傳遞。公共/私人密鑰對使用一個公共密鑰和一個私人密鑰，私人密鑰只有專人才能使用，公共密鑰可以廣泛傳播。如果密鑰對中的一個用於加密，另一個一定用於解密。公共/私人密鑰對算法很慢，一般只用於加密小批數據，例如用於加密會話密鑰。

CryptoAPI支持兩種基本的編碼方法：流式編碼和塊編碼。流式編碼在明碼文本的每一位上創建編碼位，速度較快，但安全性較低。塊編碼在一個完整的塊上（一般為64位）上工作，需要使用填充的方法對要編碼的數據進行捨入，以組成多個完整的塊。這種算法速度較慢，但更安全。

3.應用舉例

下面以兩個文件加密與解密的C程序片斷為例，演示一下CryptoAPI的強大功能。這兩個程序均為Win32控制台應用，程序省略了出錯處理，實際運行時請加入。

①文件加密

#include < windows.h > #include < stdio.h > #include < stdlib.h > #include < wincrypt.h > //確定使用RC2塊編碼或是RC4流式編碼 #ifdef USE_BLOCK_CIPHER #define ENCRYPT_ALGORITHMCALG_RC2 #define ENCRYPT_BLOCK_SIZE8 #else 　 #define ENCRYPT_ALGORITHMCALG_RC4 　 #define ENCRYPT_BLOCK_SIZE1 #endif void CAPIDecryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword); void _cdecl main(int argc, char *argv[]) { PCHAR szSource= NULL; PCHAR szDestination = NULL; PCHAR szPassword= NULL; // 驗證參數個數 if(argc != 3 && argc != 4) { printf("USAGE: decrypt < source file > < dest file > [ < password > ]\n"); exit(1); } //讀取參數. szSource　 = argv[1]; szDestination　= argv[2]; if(argc == 4) { szPassword = argv[3]; } CAPIDecryptFile(szSource, szDestination, szPassword); } /*szSource為要加密的文件名稱，szDestination 為加密過的文件名稱，szPassword為加密口令*/ void CAPIEncryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword) { FILE *hSource　= NULL; FILE *hDestination = NULL; INT eof = 0; HCRYPTPROV hProv　 = 0; HCRYPTKEY hKey = 0; HCRYPTKEY hXchgKey = 0; HCRYPTHASH hHash　 = 0; PBYTE pbKeyBlob = NULL; DWORD dwKeyBlobLen; PBYTE pbBuffer = NULL; DWORD dwBlockLen; DWORD dwBufferLen; DWORD dwCount; hSource = fopen(szSource,"rb"))；// 打開源文件. hDestination = fopen(szDestination,"wb") ; //.打開目標文件　 // 連接缺省的CSP CryptAcquireContext(&hProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, 0))； if(szPassword == NULL) ｛ //口令為空，使用隨機產生的會話密鑰加密 // 產生隨機會話密鑰. CryptGenKey(hProv, ENCRYPT_ALGORITHM, CRYPT_EXPORTABLE, &hKey) // 取得密鑰交換對的公共密鑰 CryptGetUserKey(hProv, AT_KEYEXCHANGE, &hXchgKey)； // 計算隱碼長度並分配緩沖區 CryptExportKey(hKey, hXchgKey, SIMPLEBLOB, 0, NULL, &dwKeyBlobLen)； pbKeyBlob = malloc(dwKeyBlobLen)) == NULL) ; // 將會話密鑰輸出至隱碼 CryptExportKey(hKey, hXchgKey, SIMPLEBLOB, 0, pbKeyBlob, &dwKeyBlobLen))； // 釋放密鑰交換對的句柄 CryptDestroyKey(hXchgKey); hXchgKey = 0; // 將隱碼長度寫入目標文件 fwrite(&dwKeyBlobLen, sizeof(DWORD), 1, hDestination); //將隱碼長度寫入目標文件 fwrite(pbKeyBlob, 1, dwKeyBlobLen, hDestination); } else { //口令不為空，使用從口令派生出的密鑰加密文件 CryptCreateHash(hProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)； // 建立散列表 CryptHashData(hHash, szPassword, strlen(szPassword), 0)； //散列口令 // 從散列表中派生密鑰 CryptDeriveKey(hProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, 0, &hKey)； // 刪除散列表 CryptDestroyHash(hHash); hHash = 0; } //計算一次加密的數據字節數，必須為ENCRYPT_BLOCK_SIZE的整數倍 dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE; //如果使用塊編碼，則需要額外空間 if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE　> 1) { dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; } else { dwBufferLen = dwBlockLen; } //分配緩沖區 pbBuffer = malloc(dwBufferLen)； //加密源文件並寫入目標文件 do { // 從源文件中讀出dwBlockLen個字節 dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource); eof = feof(hSource); //加密數據 CryptEncrypt(hKey, 0, eof, 0, pbBuffer, &dwCount, dwBufferLen)； // 將加密過的數據寫入目標文件 fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination); } while(!feof(hSource)); printf("OK\n"); ……//關閉文件、釋放內存　 } ②文件解密 void CAPIDecryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword) { ……//變量聲明、文件操作同文件加密程序 CryptAcquireContext(&hProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, 0); 　if(szPassword == NULL) { // 口令為空，使用存儲在加密文件中的會話密鑰解密 // 讀隱碼的長度並分配內存 fread(&dwKeyBlobLen, sizeof(DWORD), 1, hSource); pbKeyBlob = malloc(dwKeyBlobLen)) == NULL)； // 從源文件中讀隱碼. fread(pbKeyBlob, 1, dwKeyBlobLen, hSource); // 將隱碼輸入CSP CryptImportKey(hProv, pbKeyBlob, dwKeyBlobLen, 0, 0, &hKey)； } else { // 口令不為空，使用從口令派生出的密鑰解密文件 CryptCreateHash(hProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)； CryptHashData(hHash, szPassword, strlen(szPassword), 0)； CryptDeriveKey(hProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, 0, &hKey)； CryptDestroyHash(hHash); hHash = 0; } dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE; if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE　> 1) { dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; } else { dwBufferLen = dwBlockLen; } pbBuffer = malloc(dwBufferLen)； //解密源文件並寫入目標文件 do { dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource); eof = feof(hSource); // 解密數據 CryptDecrypt(hKey, 0, eof, 0, pbBuffer, &dwCount)； // 將解密過的數據寫入目標文件 fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination); } while(!feof(hSource)); printf("OK\n"); ……//關閉文件、釋放內存 }以上代碼在Windows NT4.0、Visual C++6.0環境中編譯通過。