openssl中添加新算法操作说明.docx
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openssl中添加新算法操作说明
1.openssl简介
openssl是一个功能丰富且自包含的开源安全工具箱。
它提供的主要功能有：
SSL协议实现（包括SSLv2、SSLv3和TLSv1）、大量软算法（对称/非对称/摘要）、大数运算、非对称算法密钥生成、ASN.1编解码库、证书请求（PKCS10）编解码、数字证书编解码、CRL编解码、OCSP协议、数字证书验证、PKCS7标准实现和PKCS12个人数字证书格式实现等功能。
openssl采用C语言作为开发语言，这使得它具有优秀的跨平台性能。
openssl支持Linux、UNIX、windows、Mac等平台。
openssl目前最新的版本是openssl-1.0.1i。
2.问题描述
openssl中虽然集成了很多经典算法，对称算法、非对称算法、摘要算法等等，但有时候我们需要用到自定义的算法，比如要实现一个自定义的摘要算法，需要借助openssl带的大数库来实现，同时又希望将自己实现的算法封装到openssl里面，以便统一调用或者方便项目改造和替换。
最具现实意义的案例就是国密SM2等的改造。
本例将用国密中的摘要算法SM3作为添加对象，在windows下面进行编译调试，仅描述添加步骤，所以本文的前提是已经完成了基于openssl大数库的SM3的c语言实现。
3.具体步骤
3.1.准备工作
1、 下载openssl源码，openssl目前最新的版本是openssl-1.0.1i。
下载地址：
2、 sm3的c语言实现。
3、 windows下perl、vc的安装配置。
4、 熟悉openssl的编译过程。
3.2.SM3代码改造
涉及到的文件7个：
1、 新建文件sm3.h
这是最重要的一个头文件，里面定义了算法可以导出的算法，也就是里面声明的每一个函数最后都会生成对应的libeay.num（将在第五章中具体讲），能够导出到dll中供外部调用。
几个主要的声明如下：
定义sm3的摘要长度：
#defineSM3_DIGEST_LENGTH32 /*sm3摘要长度为256位32字节，md5的摘要长度128位notsure*/
定义SM3_CTX，这个结构其实就是对应evp封装中EVP_MD_CTX的md_data:
typedefstructSM3state_st
{
unsignedlonglongtotal_length;
unsignedcharmessage_buffer[64];
size_tmessage_buffer_position;
size_tV_i[8];
size_tV_i_1[8];
size_tT_j[64];
}SM3_CTX;
声明函数，包括init、update、final，这几个函数会在封装的时候被内部调用，当然在dll中导出了也可以外部调用：
intSM3_Init（SM3_CTX*c）;
intSM3_Update（SM3_CTX*c,constvoid*data,size_tlen）;
intSM3_Final（unsignedchar*md,SM3_CTX*c）;
unsignedchar*SM3（unsignedchar*d,size_tn,unsignedchar*md）;
2、 新建文件sm3_locl.h
这个头文件中包含一些要用到的宏定义。
主要定义了本算法实现中需要用到的内部函数，不能被导出到dll中供外部调用。
宏定义：
#ifndefROTATE
#defineROTATE（a,n）（（（a）<<（n））|（（（a）&0xffffffff）>>（32-（n））））
#endif
#defineEE（b,c,d）（（b&c）|（（~b）&d））
#defineFF（b,c,d）（（（（c）^（d））&（b））^（d））
#defineGG（b,c,d）（（（b）&（c））|（（b）&（d））|（（c）&（d）））
#defineHH（b,c,d）（（b）^（c）^（d））
#defineHH1（a）（a^（ROTATE（a,9））^（ROTATE（a,17）））
#defineHH2（a）（a^（ROTATE（a,15））^（ROTATE（a,23）））
内部函数：
voidinit_T_j（size_t*T_j）;
voidinit_V_i（size_t*V_i）;
voidCF（size_t*T_j,size_t*V_i,unsignedchar*B_i,size_t*V_i_1）;
3、 新建文件sm3_dgst.c
实现sm3.h和sm3_locl中声明的函数，除了函数SM3（将在sm3_one.c中实现）。
4、 新建文件sm3_one.c
实现sm3.h中声明的函数SM3。
5、 新建文件sm3.c
实现对文件的摘要，如用在openssl作为命令行工具，文件名和摘要算法名作为选项参数实现使用算法对文件进行摘要。
6、 新建文件sm3test.c
算法的test文件。
7、 新建文件】Makefile
编译的Makefile文件。
里面描述在编译的时候以上的几个文件的角色、编译过程、依赖关系等。
3.3.EVP封装相关代码
涉及到的文件4个：
1、手动修改evp.h
evp在openssl里面的主要做的是封装的事情，因此首先在evp.h头文件中添加新算法sm3：
#ifndefOPENSSL_NO_SM3
constEVP_MD*EVP_sm3（void）;
#endif
说明：
EVP_sm3（）函数将返回返回一个sm3的EVP_MD的结构，这个结构以及EVP_sm3（）函数都在m_sm3.c中定义。
2、新建文件m_sm3.c
这是放在EVP目录中关于新算法的一个重要文件，定义 sm3 的EVP_MD结构，EVP_MD结构原型在evp.h中：
sm3的EVP_MD结构：
staticconstEVP_MDsm3_md=
{
NID_sm3,//这个需要定义了OID之后生成，这个步骤在第四章。
NID_sm3WithRSAEncryption,//这个地方sm3WithRSA只做示例
SM3_DIGEST_LENGTH,//SM3的摘要长度，在sm3.h中定义
0,//flag
init,//结构中的init函数，指向自己声明在sm3.h中的SM3_Init
update,//同上
final,//同上
NULL,
NULL,
EVP_PKEY_RSA_method,//同上，只做示例
SM3_CBLOCK,//在sm3.h中声明
sizeof（EVP_MD*）+sizeof（SM3_CTX）,
};
3、手动修改c_alld.c
openssl的算法封装之后使用时需要加载算法，实现SM3的添加：
#ifndefOPENSSL_NO_SM3
EVP_add_digest（EVP_sm3（））;
#endif
4、手动修改Makefile
将编译时候的LIBSRC、LIBOBJ中加入SM3新算法，并且添加sm3各种头文件的依赖关系。
3.4.OID生成
1、 涉及到的文件7个：
2、 手动修改objects.txt
添加sm3的OID，特别说明：
此处仅作示例，sm3的实际OID是：
rsadsi212:
SM3:
sm3
添加sm3WithRSAEncryption，这个是对应PKCS1的，只是为了让sm3的EVP_MD结构有值填充，实际添加sm3的本意不用于RSA,这里仅作示例。
pkcs115:
RSA-SM3:
sm3WithRSAEncryption
3、 执行命令自动更新obj_mac.h和obj_mac.num
打开cmd，切换到目录下源码的\crypto\objects\所在的目录下，
执行命令：
perlobjects.plobjects.txtobj_mac.numobj_mac.h
obj_mac.h和obj_mac.num这两个文件都会因为objects.txt的修改而更新。
增加的内容如：
4、 手动修改objects.h
将obj_mac.h中新增的内容同步到objects.h中。
（其实这一步不做也没有影响，因为之后不用这个文件来生成obj_dat.h。
objects.h的内容没有obj_mac.h的内容全面，千万不能用objects.h来obj_dat.h，一定要用obj_mac.h来生成才是正确的。
切记，血的教训！
）
5、 执行命令自动更新obj_dat.h
执行命令：
perlobj_dat.plobj_mac.hobj_dat.h
将会自动更新obj_dat.h这个文件，新增的内容如下：
注意看图上最后两排
Line4672:
921,/*OBJ_sm312840113549212*/
Line4843:
920,/*OBJ_sm3WithRSAEncryption128401135491115*/
最后带的一串数字本来是算法的OID，因为上面第2步的objects.txt中是乱填的，所以这个不是真实的OID。
仅作示例。
6、 手动修改 obj_xref.txt
添加：
sm3WithRSAEncryptionsm3rsaEncryption
7、 执行命令自动更新 obj_xref.h
执行命令：
perlobjxref.plobj_xref.txtobj_xref.h
obj_xref.h更新后的添加的内容如：
3.5.make相关设置
1、 涉及到的文件\util\下面5个：
2、 手动修改mkfiles.pl
添加：
"crypto/sm3",
添加上包含sm3的算法源码的目录，这个目录中包含sm3的Makefile文件。
之后就会按照Makefile进行编译。
3、 手动修改mkdef.pl
添加内容如图：
加上新算法的头文件等，可以在dll中导出算法函数。
4、 执行命令自动更新libeay.num
执行命令：
perlutil/mkdef.plcryptoupdate
Libeay.num更新后增加的内容如：
5、 手动修改mk1mf.pl
添加内容如：
6、 手动修改sp-diff.pl
添加内容如：
7、 涉及到的文件\crypto\下面2个：
8、 手动修改crypto-
添加内容如：
9、 手动修改install-
添加内容如：
10、 涉及到的文件根目录\下面5个：
11、 手动修改
添加内容如图：
Makefile、Makefile.bak、Makefile.org、、INSTALL.VMS
到这里，源码需要添加和修改的就结束了，下面将介绍编译和测试。
3.6.编译
1、 在cmd下，首先设置VC环境，执行VC目录下的vcvars32.BAT文件，如：
2、 cmd下进入openssl源码所在的目录，依次执行命令【编32位，如果64位可能缺ml64.exe】：
1）执行命令：
perlConfigureVC-WIN32no-asm
2） 执行命令：
ms\do_ms
3）执行命令：
nmake-fms\ntdll.mak：
这个是动态库：
如果编译成功，最后的输出都在out32dll目录下：
包括可执行文件、两个dll和两个lib文件【nmake-fms\nt.mak
这是静态库的编译命令，输出在out32目录下】。
编译成功如图：
4） 执行命令：
nmake-fms\ntdll.maktest
5）执行命令：
nmake-fms\ntdll.makinstall
七、测试
1、 API编程测试，在vs建工程，将openssl目录下生成的out32dll文件夹下的libeay32.dll和libeay32.lib到工程。
2、 设置工程的附加库和附加包含目录：
右键工程->属性->C/C++->常规->附加包含目录
右键工程->属性->链接器->常规->附加库目录
3、 sm3test.c源码如：
sm3test.c
#include
#include
#include
#pragmacomment（lib,"libeay32.lib"）
staticsize_thash[8]={0};
voidout_hex（size_t*list1）
{
size_ti=0;
for（i=0;i<8;i++）
{
printf（"%08x",list1[i]）;
}
printf（"\r\n"）;
}
main（intargc,char*argv[]）
{
EVP_MD_CTXmdctx;
constEVP_MD*md;
charmess1[]="abc";
charmess2[]="abc";
unsignedcharmd_value[EVP_MAX_MD_SIZE];
intmd_len,i;
//使EVP_Digest系列函数支持所有有效的信息摘要算法
OpenSSL_add_all_digests（）;
argv[1]="sm3";
if（!
argv[1]）{
printf（"Usage:
mdtestdigestname\n"）;
exit
（1）;
}
//根据输入的信息摘要函数的名字得到相应的EVP_MD算法结构
md=EVP_get_digestbyname（argv[1]）;
//md=EVP_sm3（）;
if（!
md）{
printf（"Unknownmessagedigest%s\n",argv[1]）;
exit
（1）;
}
//初始化信息摘要结构mdctx，这在调用EVP_DigestInit_ex函数的时候是必须的。
EVP_MD_CTX_init（&mdctx）;
//使用md的算法结构设置mdctx结构，impl为NULL，即使用缺省实现的算法（openssl本身提供的信息摘要算法）
EVP_DigestInit_ex（&mdctx,md,NULL）;
//开始真正进行信息摘要运算，可以多次调用该函数，处理更多的数据，这里只调用了两次
EVP_DigestUpdate（&mdctx,mess1,strlen（mess1））;
//EVP_DigestUpdate（&mdctx,mess2,strlen（mess2））;
//完成信息摘要计算过程，将完成的摘要信息存储在md_value里面,长度信息存储在md_len里面
EVP_DigestFinal_ex（&mdctx,md_value,&md_len）;
//使用该函数释放mdctx占用的资源，如果使用_ex系列函数，这是必须调用的。
EVP_MD_CTX_cleanup（&mdctx）;
printf（"Digestis:
"）;
for（i=0;iprintf（"\n"）;
//SM3（"abc",3,hash）;
//out_hex（hash）;
system（"pause"）;
}
intmain1（intargc,char*argv[]）
{
SM3_CTX*c=（SM3_CTX*）malloc（sizeof（SM3_CTX））;
SM3_Init（c）;
//SM3_Final_dword（hash,c）;
SM3_Update（c,"abc",3）;
SM3_Final（hash,c）;
out_hex（hash）;
//66c7f0f462eeedd9d1f2d46bdc10e4e24167c4875cf2f7a2297da02b8f4ba8e0
SM3_Init（c）;
SM3_Update（c,"abcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcdabcd",64）;
/*for（i=0;i<16;i++）{
SM3_Update（c,"abcd",4）;
}*/
SM3_Final（hash,c）;
out_hex（hash）;
//debe9ff92275b8a138604889c18e5a4d6fdb70e5387e5765293dcba39c0c5732
//SM3（"abc",3,hash）;
//out_hex（hash）;
system（"pause"）;
return0;
}
4、 sm3test.c运行使用sm3算法对“abc”进行摘要后的结果如图：
和国密标准的附录示例一致：
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