C++ CryptoPP使用AES加解密

来源:https://www.cnblogs.com/LyShark/archive/2023/11/30/17866880.html
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Crypto++ (CryptoPP) 是一個用於密碼學和加密的 C++ 庫。它是一個開源項目，提供了大量的密碼學演算法和功能，包括對稱加密、非對稱加密、哈希函數、消息認證碼 (MAC)、數字簽名等。Crypto++ 的目標是提供高性能和可靠的密碼學工具，以滿足軟體開發中對安全性的需求。高級加密標準（... ...


Crypto++ (CryptoPP) 是一個用於密碼學和加密的 C++ 庫。它是一個開源項目，提供了大量的密碼學演算法和功能，包括對稱加密、非對稱加密、哈希函數、消息認證碼 (MAC)、數字簽名等。Crypto++ 的目標是提供高性能和可靠的密碼學工具，以滿足軟體開發中對安全性的需求。

高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）是一種對稱密鑰加密標準，用於保護電腦上的敏感數據。AES是由美國國家標準與技術研究院（NIST）於2001年確定的，它取代了過時的數據加密標準（Data Encryption Standard，DES）。

以下是AES加密演算法的主要特點和概述：

  1. 對稱密鑰演算法： AES是一種對稱密鑰演算法，意味著相同的密鑰用於加密和解密數據。這就要求通信雙方在通信前共用密鑰，並確保其保密性。
  2. 分組密碼： AES將明文數據分成固定大小的塊（128比特），然後對每個塊進行獨立的加密。這個固定大小的塊稱為分組。AES支持多種分組長度，包括128比特、192比特和256比特。
  3. 輪數： AES加密演算法的安全性與其輪數相關。輪數表示對數據塊的處理迴圈次數，不同密鑰長度的AES使用不同數量的輪數。通常，128比特密鑰使用10輪，192比特密鑰使用12輪，256比特密鑰使用14輪。
  4. 密鑰長度： AES支持多種密鑰長度，包括128比特、192比特和256比特。密鑰長度的選擇直接影響加密演算法的安全性。
  5. SubBytes、ShiftRows、MixColumns和AddRoundKey： 這些是AES加密演算法中的四個主要操作，它們通過多輪迭代來加密數據。SubBytes和ShiftRows引入非線性性，MixColumns和AddRoundKey提供了擴散和混淆。
  6. 強安全性： AES被廣泛認為是一種安全、可靠的加密演算法。它經過廣泛的密碼分析和評估，並且在許多應用中得到了廣泛的應用，包括加密通信、文件加密和硬體加密。

總體而言，AES是一種高效、安全且廣泛應用的加密演算法，適用於多種應用場景。其在加密強度和性能之間取得了良好的平衡，因此成為許多信息安全應用的首選演算法。

使用AES演算法

AES（Advanced Encryption Standard）廣泛應用於保護敏感數據的加密和解密過程。以下是AES演算法的概述：

1. 對稱加密演算法：

AES是一種對稱加密演算法，這意味著加密和解密都使用相同的密鑰。密鑰是保護數據安全的關鍵，因此對稱加密演算法需要確保密鑰的安全分發和管理。

2. 密鑰長度：

AES支持不同長度的密鑰，包括128位、192位和256位。密鑰長度越長，通常意味著更高的安全性，但也可能導致加密和解密的計算成本增加。

3. 塊加密演算法：

AES是塊加密演算法，它按照固定大小的數據塊（128位）進行加密。加密和解密的過程都是對這些數據塊的操作。

4. 加解密過程：

加密：

  • 數據分塊：將明文分成固定大小的數據塊（128位）。
  • 初始輪密鑰加：將明文和初始密鑰進行一次簡單的混淆操作。
  • 輪加密：通過多輪的替代和置換操作（SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey），對數據塊進行混淆。
  • 最終輪：在最後一輪中，省略MixColumns操作。
  • 得到密文。

解密：

  • 初始輪密鑰解：將密文和初始密鑰進行一次簡單的混淆操作。
  • 輪解密：通過多輪的逆操作（InvSubBytes、InvShiftRows、InvMixColumns、AddRoundKey），對數據塊進行逆操作。
  • 最終輪：在最後一輪中，省略InvMixColumns操作。
  • 得到明文。

5. 使用場景：

AES廣泛用於保護敏感數據，如文件、資料庫、網路通信等。它是許多安全協議和標準的基礎，包括TLS（安全套接層）、IPsec（Internet協議安全）等。

6. 安全性：

AES被廣泛接受並認為是安全可靠的加密演算法。密鑰長度的選擇對安全性至關重要，一般建議使用128位、192位或256位的密鑰以滿足特定安全需求。

總體而言，AES作為一種高效且安全的對稱加密演算法，在現代加密通信中扮演著重要的角色。AES的使用需要引入頭文件#include <aes.h>其他部分與《C++ 通過CryptoPP計算Hash值》文章中的頭文件引入保持一致。

如下AESEncrypt是一個使用AES演算法進行加密的函數。下麵是對函數的主要步驟的註釋：

  1. AES加密對象初始化：
    • 創建AESEncryption對象用於AES加密。
    • 定義AES加密需要的數據塊：inBlock（輸入數據塊）、outBlock（輸出數據塊）、xorBlock（異或數據塊）。
  2. 計算加密數據塊大小：
    • 計算需要的加密數據塊數量，考慮到原始數據大小可能不是AES塊大小的整數倍。
  3. 分配加密後的數據緩衝區：
    • 根據計算得到的加密數據塊大小分配記憶體。
  4. 設置AES加密密鑰：
    • 調用SetKey函數設置AES加密密鑰。
  5. AES加密過程：
    • 迴圈處理原始數據塊，每次處理一個AES塊大小的數據。
    • 將原始數據塊拷貝到輸入數據塊。
    • 使用AES演算法進行加密。
    • 將加密後的數據塊拷貝到輸出緩衝區。
  6. 返回加密結果：
    • 返回加密後的數據緩衝區和大小。

請註意，在實際使用中，要確保釋放了分配的記憶體，以防止記憶體泄漏。

BOOL AESEncrypt(BYTE *pOriginalData, DWORD dwOriginalDataSize, BYTE *pAESKey, DWORD dwAESKeySize, BYTE **ppEncryptData, DWORD *pdwEncryptData)
{
	// 定義AES加密需要的數據塊
	AESEncryption aesEncryptor;
	// 加密原文數據塊
	unsigned char inBlock[AES::BLOCKSIZE];
	// 加密後密文數據塊
	unsigned char outBlock[AES::BLOCKSIZE];
	// 必須設定全為0
	unsigned char xorBlock[AES::BLOCKSIZE];

	DWORD dwOffset = 0;
	BYTE *pEncryptData = NULL;
	DWORD dwEncryptDataSize = 0;

	// 計算需要的加密數據塊大小, 並按 128位 即 16位元組 對齊, 不夠則 填充0 對齊
	// 商
	DWORD dwQuotient = dwOriginalDataSize / AES::BLOCKSIZE;
	// 餘數
	DWORD dwRemaind = dwOriginalDataSize % AES::BLOCKSIZE;
	if (0 != dwRemaind)
	{
		dwQuotient++;
	}

	// 申請動態記憶體
	dwEncryptDataSize = dwQuotient * AES::BLOCKSIZE;

	// 分配加密後的數據緩衝區
	pEncryptData = new BYTE[dwEncryptDataSize];
	if (NULL == pEncryptData)
	{
		return FALSE;
	}

	// 設置AES加密密鑰
	aesEncryptor.SetKey(pAESKey, dwAESKeySize);

	do
	{
		// 初始化數據塊
		RtlZeroMemory(inBlock, AES::BLOCKSIZE);
		RtlZeroMemory(xorBlock, AES::BLOCKSIZE);
		RtlZeroMemory(outBlock, AES::BLOCKSIZE);

		// 獲取加密塊
		if (dwOffset <= (dwOriginalDataSize - AES::BLOCKSIZE))
		{
			RtlCopyMemory(inBlock, (PVOID)(pOriginalData + dwOffset), AES::BLOCKSIZE);
		}
		else
		{
			RtlCopyMemory(inBlock, (PVOID)(pOriginalData + dwOffset), (dwOriginalDataSize - dwOffset));
		}

		// 使用AES演算法進行加密
		aesEncryptor.ProcessAndXorBlock(inBlock, xorBlock, outBlock);

		// 將加密後的數據塊拷貝到輸出緩衝區
		RtlCopyMemory((PVOID)(pEncryptData + dwOffset), outBlock, AES::BLOCKSIZE);

		// 更新數據
		dwOffset = dwOffset + AES::BLOCKSIZE;
		dwQuotient--;
	} while (0 < dwQuotient);

	// 返回數據
	*ppEncryptData = pEncryptData;
	*pdwEncryptData = dwEncryptDataSize;

	return TRUE;
}

如下AESDecrypt是一個使用AES演算法進行解密的函數。以下是對函數的主要步驟的註釋：

  1. AES解密對象初始化：
    • 創建AESDecryption對象用於AES解密。
    • 定義AES解密需要的數據塊：inBlock（輸入數據塊）、outBlock（輸出數據塊）、xorBlock（異或數據塊）。
  2. 計算解密數據塊大小：
    • 計算需要的解密數據塊數量，考慮到加密數據大小可能不是AES塊大小的整數倍。
  3. 分配解密後的數據緩衝區：
    • 根據計算得到的解密數據塊大小分配記憶體。
  4. 設置AES解密密鑰：
    • 調用SetKey函數設置AES解密密鑰。
  5. AES解密過程：
    • 迴圈處理加密數據塊，每次處理一個AES塊大小的數據。
    • 將加密數據塊拷貝到輸入數據塊。
    • 使用AES演算法進行解密。
    • 將解密後的數據塊拷貝到輸出緩衝區。
  6. 返回解密結果：
    • 返回解密後的數據緩衝區和大小。

請註意，在實際使用中，要確保釋放了分配的記憶體，以防止記憶體泄漏。

BOOL AESDecrypt(BYTE *pEncryptData, DWORD dwEncryptData, BYTE *pAESKey, DWORD dwAESKeySize, BYTE **ppDecryptData, DWORD *pdwDecryptData)
{
	// 定義AES解密需要的數據塊
	AESDecryption aesDecryptor;				
	// 解密密文數據塊
	unsigned char inBlock[AES::BLOCKSIZE];		
	// 解密後後明文數據塊
	unsigned char outBlock[AES::BLOCKSIZE];			
	// 必須設定全為0
	unsigned char xorBlock[AES::BLOCKSIZE];						
	DWORD dwOffset = 0;
	BYTE *pDecryptData = NULL;
	DWORD dwDecryptDataSize = 0;

	// 計算密文長度, 並按 128位 即 16位元組 對齊, 不夠則填充0對齊
	// 商
	DWORD dwQuotient = dwEncryptData / AES::BLOCKSIZE;
	// 餘數
	DWORD dwRemaind = dwEncryptData % AES::BLOCKSIZE;		
	if (0 != dwRemaind)
	{
		dwQuotient++;
	}

	// 分配解密後的數據緩衝區
	dwDecryptDataSize = dwQuotient * AES::BLOCKSIZE;
	pDecryptData = new BYTE[dwDecryptDataSize];
	if (NULL == pDecryptData)
	{
		return FALSE;
	}

	// 設置AES解密密鑰
	aesDecryptor.SetKey(pAESKey, dwAESKeySize);

	do
	{
		// 初始化數據塊
		RtlZeroMemory(inBlock, AES::BLOCKSIZE);
		RtlZeroMemory(xorBlock, AES::BLOCKSIZE);
		RtlZeroMemory(outBlock, AES::BLOCKSIZE);

		// 將加密數據塊拷貝到輸入數據塊
		if (dwOffset <= (dwDecryptDataSize - AES::BLOCKSIZE))
		{
			RtlCopyMemory(inBlock, (PVOID)(pEncryptData + dwOffset), AES::BLOCKSIZE);
		}
		else
		{
			RtlCopyMemory(inBlock, (PVOID)(pEncryptData + dwOffset), (dwEncryptData - dwOffset));
		}

		// 使用AES演算法進行解密
		aesDecryptor.ProcessAndXorBlock(inBlock, xorBlock, outBlock);

		// 將解密後的數據塊拷貝到輸出緩衝區
		RtlCopyMemory((PVOID)(pDecryptData + dwOffset), outBlock, AES::BLOCKSIZE);

		// 更新數據
		dwOffset = dwOffset + AES::BLOCKSIZE;
		dwQuotient--;
	} while (0 < dwQuotient);

	// 返回數據
	*ppDecryptData = pDecryptData;
	*pdwDecryptData = dwDecryptDataSize;

	return TRUE;
}

AESEncrypt 函數用於對輸入的原始數據進行AES加密，加密使用指定的AES密鑰。函數通過參數返回加密後的數據和數據大小。

函數原型：

BOOL AESEncrypt(
    BYTE *pOriginalData,     // [in] 原始數據的指針
    DWORD dwOriginalDataSize, // [in] 原始數據的大小
    BYTE *pAESKey,           // [in] AES加密密鑰的指針
    DWORD dwAESKeySize,       // [in] AES加密密鑰的大小
    BYTE **ppEncryptData,    // [out] 指向指針的指針，用於存儲加密後的數據
    DWORD *pdwEncryptData    // [out] 指向DWORD的指針，用於存儲加密後的數據大小
);
  • pOriginalData: 指向要加密的原始數據的指針。
  • dwOriginalDataSize: 原始數據的大小。
  • pAESKey: 指向用於AES加密的密鑰的指針。
  • dwAESKeySize: AES加密密鑰的大小。
  • ppEncryptData: 指向指針的指針，用於存儲加密後的數據。該指針需要在函數外釋放分配的記憶體。
  • pdwEncryptData: 指向DWORD的指針，用於存儲加密後的數據大小。

函數返回一個BOOL值，表示操作是否成功。如果函數返回TRUE，則表示加密成功，否則表示加密失敗。

AESDecrypt 函數用於對輸入的加密後的數據進行AES解密，解密使用指定的AES密鑰。函數通過參數返回解密後的數據和數據大小。

函數原型：

BOOL AESDecrypt(
    BYTE *pEncryptData,      // [in] 加密後的數據的指針
    DWORD dwEncryptDataSize, // [in] 加密後的數據的大小
    BYTE *pAESKey,           // [in] AES解密密鑰的指針
    DWORD dwAESKeySize,       // [in] AES解密密鑰的大小
    BYTE **ppDecryptData,    // [out] 指向指針的指針，用於存儲解密後的數據
    DWORD *pdwDecryptData    // [out] 指向DWORD的指針，用於存儲解密後的數據大小
);
  • pEncryptData: 指向要解密的加密後數據的指針。
  • dwEncryptDataSize: 加密後數據的大小。
  • pAESKey: 指向用於AES解密的密鑰的指針。
  • dwAESKeySize: AES解密密鑰的大小。
  • ppDecryptData: 指向指針的指針，用於存儲解密後的數據。該指針需要在函數外釋放分配的記憶體。
  • pdwDecryptData: 指向DWORD的指針，用於存儲解密後的數據大小。

函數返回一個BOOL值，表示操作是否成功。如果函數返回TRUE，則表示解密成功，否則表示解密失敗。

調用時通過AESEncrypt加密數據，AESDecrypt則用於解密數據；

void ShowData(BYTE *pData, DWORD dwSize)
{
	for (int i = 0; i < dwSize; i++)
	{
		if ((0 != i) &&
			(0 == i % 16))
		{
			printf("\n");
		}
		else if ((0 != i) &&
			(0 == i % 8))
		{
			printf(" ");
		}

		printf("%02X ", pData[i]);
	}
	printf("\n");
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	BYTE *pEncryptData = NULL;
	DWORD dwEncryptDataSize = 0;
	BYTE *pDecryptData = NULL;
	DWORD dwDecryptDataSize = 0;
	char szOriginalData[] = "It’s better to be alone than to be with someone you’re not happy to be with.";

	char szAESKey[] = "ABCDEFGHIJKIMNOP";
	BOOL  bRet = FALSE;

	// 加密
	bRet = AESEncrypt((BYTE *)szOriginalData, (1 + ::lstrlen(szOriginalData)), (BYTE *)szAESKey, ::lstrlen(szAESKey), &pEncryptData, &dwEncryptDataSize);
	if (FALSE == bRet)
	{
		return 1;
	}

	// 解密
	bRet = AESDecrypt(pEncryptData, dwEncryptDataSize, (BYTE *)szAESKey, ::lstrlen(szAESKey), &pDecryptData, &dwDecryptDataSize);
	if (FALSE == bRet)
	{
		return 2;
	}

	// 顯示
	printf("原文數據:\n");
	ShowData((BYTE *)szOriginalData, (1 + ::lstrlen(szOriginalData)));
	printf("密文數據:\n");
	ShowData(pEncryptData, dwEncryptDataSize);
	printf("解密後數據:\n");
	ShowData(pDecryptData, dwDecryptDataSize);

	// 釋放記憶體
	delete[]pEncryptData;
	pEncryptData = NULL;
	delete[]pDecryptData;
	pDecryptData = NULL;

	system("pause");
	return 0;
}

運行後對szOriginalData中的數據進行加密，密鑰是szAESKey中的長度，如下圖所示；

文章出處：https://www.cnblogs.com/LyShark/p/17866880.html
本博客所有文章除特別聲明外，均採用 BY-NC-SA 許可協議。轉載請註明出處！
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