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2008-10-14 14:55:57
Microsoft CryptoAPI加密技术（一）
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在这个信息爆炸的时代，我们不得不对信息的安全提高警惕。加密作为保障数据信息安全的一种方式，越来越受到人们的关注。
下面，我将把自己对Microsoft CryptoAPI的一些肤浅的理解与大家共享，有什么不妥之处望不吝赐教。
一、 加密方法：
当初，计算机的研究就是为了破解德国人的密码，人们并没有想到计算机给今天带来的信息革命。随着计算机的发展，运算能力的增强，密码学已经取得了巨大的进展。大体来说有以下几种形式。
1、 公用密钥加密技术
加密和解密使用不同的密钥，分别叫做“公钥”和“私钥”。顾名思义，“私钥”就是不能让别人知道的，而“公钥”就是可以公开的。这两个必须配对使用，用公钥加密的数据必须用与其对应的私钥才能解开。这种技术安全性高，得到广泛运用，但是效率太低。
2、 对称密钥加密技术
要求加密和解密过程使用相同的密钥，这样，密钥必须只能被加解密双方知道，否则就不安全。这种技术安全性不高，但是效率高。
3、 结合公用和对称密钥加密技术
公钥加密技术以速度为代价换取了高安全性，而对称加密以低安全换取高性能，所以另一种常见的加密方法就是结合以上两种技术。
用对称加密算法对数据进行加密，然后使用更安全的但效率更低的公钥加密算法对对称密钥进行加密。
4、 数字签名和鉴别
就是对已经加密的数据“签名”，这样接收者可以知道加密的数据的来源，以及是否被更改。
二、 CryptoAPI
微软的CryptoAPI是PKI推荐使用的加密 API。其功能是为应用程序开发者提供在Win32环境下使用加密、验证等安全服务时的标准加密接口。CryptoAPI处于应用程序和CSP（cryptographic
service provider）之间（见图一）。
CryptoAPI的编程模型同Windows系统的图形设备接口 GDI比较类似，其中加密服务提供者CSP等同于图形设备驱动程序 ，加密硬件（可选）等同于图形硬件，其上层的应用程序也类似，都不需要同设备驱动程序和硬件直接打交道。
CryptoAPI共有五部分组成：简单消息函数（Simplified Message Functions）、低层消息函数（Low-level Message Functions）、基本加密函数（Base Cryptographic Functions）、证书编解码函数（Certificate Encode/Decode Functions）和证书库管理函数（Certificate Store Functions）。其中前三者可用于对敏感信息进行加密或签名处理，可保证网络传输信心的私有性；后两者通过对证书的使用，可保证网络信息交流中的认证性。
三、 CSP
看到这里，大家也许对CSP还比较迷惑。其实CSP是真正实行加密的独立模块，他既可以由软件实现也可以由硬件实现。但是他必须符合CryptoAPI接口的规范。
每个CSP都有一个名字和一个类型。每个CSP的名字是唯一的，这样便于CryptoAPI找到对应的CSP。目前已经有9种CSP类型，并且还在增长。下表列出出它们支持的密钥交换算法、签名算法、对称加密算法和Hash算法。
(表一)
| CSP类型 | 交换算法 | 签名算法 | 对称加密算法 | Hash算法 |
| PROV_RSA_FULL | RSA | RSA | RC2 RC4 |
MD5 SHA |
| PROV_RSA_SIG | none | RSA | none | MD5 SHA |
| PROV_RSA_SCHANNEL | RSA | RSA | RC4 DES Triple DES |
MD5 SHA |
| PROV_DSS | DSS | none | DSS | MD5 SHA |
| PROV_DSS_DH | DH | DSS | CYLINK_MEK | MD5 SHA |
| PROV_DH_SCHANNEL | DH | DSS | DES Triple DES |
MD5 SHA |
| PROV_FORTEZZA | KEA | DSS | Skipjack | SHA |
| PROV_MS_EXCHANGE | RSA | RSA | CAST | MD5 |
| PROV_SSL | RSA | RSA | Varies | Varies |
从图一可以看到，每个CSP有一个密钥库，密钥库用于存储密钥。而每个密钥库包括一个或多个密钥容器（Key Containers）。每个密钥容器中含属于一个特定用户的所有密钥对。每个密钥容器被赋予一个唯一的名字。在销毁密钥容器前CSP将永久保存每一个密钥容器，包括保存每个密钥容器中的公/私钥对（见图二）。
四、 创建密钥容器，得到CSP句柄
说了这么多只是一些理论性的东西，后面将详细介绍一下Microsoft CryptoAPI的使用方法。
我们已经提过，每一个CSP都有一个名字和一个类型，并且名字保证唯一。所以可以通过名字和类型得到一个CSP。然而，要想加密肯定需要密钥，那么密钥放哪里呢？对了，就放在密钥容器。（有人会问，密码库有什么用？其实密钥库是在安装CSP的时候已经存在了，他与CSP是相对应的。）但是密钥容器并不是一开始就存在的，需要用户去创建。下面的代码实现以上功能（得到CSP即密码容器）。
if(CryptAcquireContext(
&hCryptProv, // 返回CSP句柄
UserName, // 密码容器名
NULL, // NULL时使用默认CSP名（微软RSA Base Provider）
PROV_RSA_FULL, // CSP类型
0)) // Flag values
{
//以UserName为名的密钥容器存在，那么我们已经得到了CSP的句柄
printf("A crypto context with the %s key container \n", UserName);
printf("has been acquired.\n\n");
}
else //如果密钥容器不存在，我们需要创建这个密钥容器
{
if(CryptAcquireContext(
&hCryptProv,
UserName,
NULL,
PROV_RSA_FULL,
CRYPT_NEWKEYSET)) //创建以UserName为名的密钥容器
{
//创建密钥容器成功，并得到CSP句柄
printf("A new key container has been created.\n");
}
else
{
HandleError("Could not create a new key container.\n");
}
} // End of else
好了，我们已经创建了密钥容器，并得到了CSP的句柄。也可以这样理解，我们得到了一个CSP的句柄，并且它被绑定到以UserName为名的密钥容器上。嘿嘿……五、 一个文件加密的例子
看到这里肯定有人开始说了，“这么多废话，还不快讲怎么加密怎么解密！”您先别急，有些原理性的东西还是先了解了比较好，对以后的使用会有很大帮助。
言归正传，我们来看一段文件加密的代码。
#include上面的代码来自MSDN，并作了修改。注释已经很详细了，这里就不赘述了，#include #include #define MY_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING) #define KEYLENGTH 0x00800000 void HandleError(char *s); //-------------------------------------------------------------------- // These additional #define statements are required. #define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC4 #define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8 // Declare the function EncryptFile. The function definition // follows main. BOOL EncryptFile( PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword); //-------------------------------------------------------------------- // Begin main. void main(void) { CHAR szSource[100]; CHAR szDestination[100]; CHAR szPassword[100]; printf("Encrypt a file. \n\n"); printf("Enter the name of the file to be encrypted: "); scanf("%s",szSource); printf("Enter the name of the output file: "); scanf("%s",szDestination); printf("Enter the password:"); scanf("%s",szPassword); //-------------------------------------------------------------------- // Call EncryptFile to do the actual encryption. if(EncryptFile(szSource, szDestination, szPassword)) { printf("Encryption of the file %s was a success. \n", szSource); printf("The encrypted data is in file %s.\n",szDestination); } else { HandleError("Error encrypting file!"); } } // End of main //-------------------------------------------------------------------- // Code for the function EncryptFile called by main. static BOOL EncryptFile( PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword) //-------------------------------------------------------------------- // Parameters passed are: // szSource, the name of the input, a plaintext file. // szDestination, the name of the output, an encrypted file to be // created. // szPassword, the password. { //-------------------------------------------------------------------- // Declare and initialize local variables. FILE *hSource; FILE *hDestination; HCRYPTPROV hCryptProv; HCRYPTKEY hKey; HCRYPTHASH hHash; PBYTE pbBuffer; DWORD dwBlockLen; DWORD dwBufferLen; DWORD dwCount; //-------------------------------------------------------------------- // Open source file. if(hSource = fopen(szSource,"rb")) { printf("The source plaintext file, %s, is open. \n", szSource); } else { HandleError("Error opening source plaintext file!"); } //-------------------------------------------------------------------- // Open destination file. if(hDestination = fopen(szDestination,"wb")) { printf("Destination file %s is open. \n", szDestination); } else { HandleError("Error opening destination ciphertext file!"); } //以下获得一个CSP句柄 if(CryptAcquireContext( &hCryptProv, NULL, //NULL表示使用默认密钥容器，默认密钥容器名 //为用户登陆名 NULL, PROV_RSA_FULL, 0)) { printf("A cryptographic provider has been acquired. \n"); } else { if(CryptAcquireContext( &hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET))//创建密钥容器 { //创建密钥容器成功，并得到CSP句柄 printf("A new key container has been created.\n"); } else { HandleError("Could not create a new key container.\n"); } } //-------------------------------------------------------------------- // 创建一个会话密钥（session key） // 会话密钥也叫对称密钥，用于对称加密算法。 // （注: 一个Session是指从调用函数CryptAcquireContext到调用函数 // CryptReleaseContext 期间的阶段。会话密钥只能存在于一个会话过程） //-------------------------------------------------------------------- // Create a hash object. if(CryptCreateHash( hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)) { printf("A hash object has been created. \n"); } else { HandleError("Error during CryptCreateHash!\n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 用输入的密码产生一个散列 if(CryptHashData( hHash, (BYTE *)szPassword, strlen(szPassword), 0)) { printf("The password has been added to the hash. \n"); } else { HandleError("Error during CryptHashData. \n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 通过散列生成会话密钥 if(CryptDeriveKey( hCryptProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, KEYLENGTH, &hKey)) { printf("An encryption key is derived from the password hash. \n"); } else { HandleError("Error during CryptDeriveKey!\n"); } //-------------------------------------------------------------------- // Destroy the hash object. CryptDestroyHash(hHash); hHash = NULL; //-------------------------------------------------------------------- // The session key is now ready. //-------------------------------------------------------------------- // 因为加密算法是按ENCRYPT_BLOCK_SIZE 大小的块加密的，所以被加密的 // 数据长度必须是ENCRYPT_BLOCK_SIZE 的整数倍。下面计算一次加密的 // 数据长度。 dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE; //-------------------------------------------------------------------- // Determine the block size. If a block cipher is used, // it must have room for an extra block. if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE > 1) dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; else dwBufferLen = dwBlockLen; //-------------------------------------------------------------------- // Allocate memory. if(pbBuffer = (BYTE *)malloc(dwBufferLen)) { printf("Memory has been allocated for the buffer. \n"); } else { HandleError("Out of memory. \n"); } //-------------------------------------------------------------------- // In a do loop, encrypt the source file and write to the source file. do { //-------------------------------------------------------------------- // Read up to dwBlockLen bytes from the source file. dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource); if(ferror(hSource)) { HandleError("Error reading plaintext!\n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 加密数据 if(!CryptEncrypt( hKey, //密钥 0, //如果数据同时进行散列和加密，这里传入一个 //散列对象 feof(hSource), //如果是最后一个被加密的块，输入TRUE.如果不是输. //入FALSE这里通过判断是否到文件尾来决定是否为 //最后一块。 0, //保留 pbBuffer, //输入被加密数据，输出加密后的数据 &dwCount, //输入被加密数据实际长度，输出加密后数据长度 dwBufferLen)) //pbBuffer的大小。 { HandleError("Error during CryptEncrypt. \n"); } //-------------------------------------------------------------------- // Write data to the destination file. fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination); if(ferror(hDestination)) { HandleError("Error writing ciphertext."); } } while(!feof(hSource)); //-------------------------------------------------------------------- // End the do loop when the last block of the source file has been // read, encrypted, and written to the destination file. //-------------------------------------------------------------------- // Close files. if(hSource) fclose(hSource); if(hDestination) fclose(hDestination); //-------------------------------------------------------------------- // Free memory. if(pbBuffer) free(pbBuffer); //-------------------------------------------------------------------- // Destroy session key. if(hKey) CryptDestroyKey(hKey); //-------------------------------------------------------------------- // Destroy hash object. if(hHash) CryptDestroyHash(hHash); //-------------------------------------------------------------------- // Release provider handle. if(hCryptProv) CryptReleaseContext(hCryptProv, 0); return(TRUE); } // End of Encryptfile //-------------------------------------------------------------------- // This example uses the function HandleError, a simple error // handling function, to print an error message to the standard error // (stderr) file and exit the program. // For most applications, replace this function with one // that does more extensive error reporting. void HandleError(char *s) { fprintf(stderr,"An error occurred in running the program. \n"); fprintf(stderr,"%s\n",s); fprintf(stderr, "Error number %x.\n", GetLastError()); fprintf(stderr, "Program terminating. \n"); exit(1); } // End of HandleError
这次先写这么多，也许很多人觉得我写这些大家都知道，并且也太简单了。不要急慢慢来，嘿嘿：）接下来会有一些比较深入和实用的技术。
参考：
MSDN相关章节。
（注：如果代码编译不过，加入宏定义：_WIN32_WINNT=0x0400）
将宏定义写在最前面就OK了。。如下所示。。 已在definitions 加上_WIN32_WINNT = 0x0400 例子编译通过，还没看呢，先谢过了 ( VC++小虫 发表于 2005-8-5 15:02:00) 在project->Settings->c/c++里面的Preprocessor definitions 加上_WIN32_WINNT = 0x0400就可以编译通过了 ( DelVC 发表于 2004-8-6 10:27:00) 救命啊 我在编程方面是个菜鸟，一窍不通，但是不得不编阿。我老板要我编个加密程序，看了文章很有启发。可是，我自己编写代码后，是按照你的方式，发先编译不能通过。也就算是wincrypt.h内所定义的函数和宏定义都用不了，说我程序代码中没有用声明。如下： 最近经常有人发Email说在vc6.0下编译通不过。 我的E-Mail:ldf_0123@163.com ( ldf_0123 发表于 2004-3-21 20:19:00) 我运行上面的程序后，它说打开明文文件失败，请问打开的明文文件是什么格式的？先谢了！ ( ldf_0123 发表于 2004-3-21 20:18:00) 讲得好，谢谢！请问，CryptoAPI 如何在MFC里用（vc6.0)?先谢了！ ( ldf_0123 发表于 2004-3-21 18:30:00)