Microsoft CryptoAPI加密技术.docx
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MicrosoftCryptoAPI加密技术
MicrosoftCryptoAPI加密技术
作者:
Cuick
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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MicrosoftCryptoAPI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（cryptographicserviceprovider）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（SimplifiedMessageFunctions）、低层消息函数（Low-levelMessageFunctions）、基本加密函数（BaseCryptographicFunctions）、证书编解码函数（CertificateEncode/DecodeFunctions）和证书库管理函数（CertificateStoreFunctions）。
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
TripleDES
MD5
SHA
PROV_DSS
DSS
none
DSS
MD5
SHA
PROV_DSS_DH
DH
DSS
CYLINK_MEK
MD5
SHA
PROV_DH_SCHANNEL
DH
DSS
DES
TripleDES
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（KeyContainers）。
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MicrosoftCryptoAPI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RSABaseProvider）
PROV_RSA_FULL,//CSP类型
0））//Flagvalues
{
//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（"Acryptocontextwiththe%skeycontainer\n",UserName）;
printf（"hasbeenacquired.\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（"Anewkeycontainerhasbeencreated.\n"）;
}
else
{
HandleError（"Couldnotcreateanewkeycontainer.\n"）;
}
}//Endofelse
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……
那么，以后的加解密等操作，都将在这个CSP上进行。
可以如下删除密钥容器。
CryptAcquireContext（&hCryptProv,userName,NULL,PROV_RSA_FULL,CRYPT_DELETEKEYSET）;
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
#include
#include
#defineMY_ENCODING_TYPE（PKCS_7_ASN_ENCODING|X509_ASN_ENCODING）
#defineKEYLENGTH0x00800000
voidHandleError（char*s）;
//--------------------------------------------------------------------
//Theseadditional#definestatementsarerequired.
#defineENCRYPT_ALGORITHMCALG_RC4
#defineENCRYPT_BLOCK_SIZE8
//DeclarethefunctionEncryptFile.Thefunctiondefinition
//followsmain.
BOOLEncryptFile（
PCHARszSource,
PCHARszDestination,
PCHARszPassword）;
//--------------------------------------------------------------------
//Beginmain.
voidmain（void）
{
CHARszSource[100];
CHARszDestination[100];
CHARszPassword[100];
printf（"Encryptafile.\n\n"）;
printf（"Enterthenameofthefiletobeencrypted:
"）;
scanf（"%s",szSource）;
printf（"Enterthenameoftheoutputfile:
"）;
scanf（"%s",szDestination）;
printf（"Enterthepassword:
"）;
scanf（"%s",szPassword）;
//--------------------------------------------------------------------
//CallEncryptFiletodotheactualencryption.
if（EncryptFile（szSource,szDestination,szPassword））
{
printf（"Encryptionofthefile%swasasuccess.\n",szSource）;
printf（"Theencrypteddataisinfile%s.\n",szDestination）;
}
else
{
HandleError（"Errorencryptingfile!
"）;
}
}//Endofmain
//--------------------------------------------------------------------
//CodeforthefunctionEncryptFilecalledbymain.
staticBOOLEncryptFile（
PCHARszSource,
PCHARszDestination,
PCHARszPassword）
//--------------------------------------------------------------------
//Parameterspassedare:
//szSource,thenameoftheinput,aplaintextfile.
//szDestination,thenameoftheoutput,anencryptedfiletobe
//created.
//szPassword,thepassword.
{
//--------------------------------------------------------------------
//Declareandinitializelocalvariables.
FILE*hSource;
FILE*hDestination;
HCRYPTPROVhCryptProv;
HCRYPTKEYhKey;
HCRYPTHASHhHash;
PBYTEpbBuffer;
DWORDdwBlockLen;
DWORDdwBufferLen;
DWORDdwCount;
//--------------------------------------------------------------------
//Opensourcefile.
if（hSource=fopen（szSource,"rb"））
{
printf（"Thesourceplaintextfile,%s,isopen.\n",szSource）;
}
else
{
HandleError（"Erroropeningsourceplaintextfile!
"）;
}
//--------------------------------------------------------------------
//Opendestinationfile.
if（hDestination=fopen（szDestination,"wb"））
{
printf（"Destinationfile%sisopen.\n",szDestination）;
}
else
{
HandleError（"Erroropeningdestinationciphertextfile!
"）;
}
//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（"Acryptographicproviderhasbeenacquired.\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（"Anewkeycontainerhasbeencreated.\n"）;
}
else
{
HandleError（"Couldnotcreateanewkeycontainer.\n"）;
}
}
//--------------------------------------------------------------------
//创建一个会话密钥（sessionkey）
//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）
//--------------------------------------------------------------------
//Createahashobject.
if（CryptCreateHash（
hCryptProv,
CALG_MD5,
0,
0,
&hHash））
{
printf（"Ahashobjecthasbeencreated.\n"）;
}
else
{
HandleError（"ErrorduringCryptCreateHash!
\n"）;
}
//--------------------------------------------------------------------
//用输入的密码产生一个散列
if（CryptHashData（
hHash,
（BYTE*）szPassword,
strlen（szPassword）,
0））
{
printf（"Thepasswordhasbeenaddedtothehash.\n"）;
}
else
{
HandleError（"ErrorduringCryptHashData.\n"）;
}
//--------------------------------------------------------------------
//通过散列生成会话密钥
if（CryptDeriveKey（
hCryptProv,
ENCRYPT_ALGORITHM,
hHash,
KEYLENGTH,
&hKey））
{
printf（"Anencryptionkeyisderivedfromthepasswordhash.\n"）;
}
else
{
HandleError（"ErrorduringCryptDeriveKey!
\n"）;
}
//--------------------------------------------------------------------
//Destroythehashobject.
CryptDestroyHash（hHash）;
hHash=NULL;
//--------------------------------------------------------------------
//Thesessionkeyisnowready.
//--------------------------------------------------------------------
//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;
//--------------------------------------------------------------------
//Determinetheblocksize.Ifablockcipherisused,
//itmusthaveroomforanextrablock.
if（ENCRYPT_BLOCK_SIZE>1）
dwBufferLen=dwBlockLen+ENCRYPT_BLOCK_SIZE;
else
dwBufferLen=dwBlockLen;
//--------------------------------------------------------------------
//Allocatememory.
if（pbBuffer=（BYTE*）malloc（dwBufferLen））
{
printf（"Memoryhasbeenallocatedforthebuffer.\n"）;
}
else
{
HandleError（"Outofmemory.\n"）;
}
//--------------------------------------------------------------------
//Inadoloop,encryptthesourcefileandwritetothesourcefile.
do
{
//--------------------------------------------------------
//ReaduptodwBlockLenbytesfromthesourcefile.
dwCount=fread（pbBuffer,1,dwBlockLen,hSource）;
if（ferror（hSource））
{
HandleError（"Errorreadingplaintext!
\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（"ErrorduringCryptEncrypt.\n"）;
}
//-------------------------------------------------
//Writedatatothedestinationfile.
fwrite（pbBuffer,1,dwCount,hDestination）;
if（ferror（hDestination））
{
HandleError（"Errorwritingciphertext."）;
}
}
while（!
feof（hSource））;
//------------------
//Endthedoloopwhenthelastblockofthesourcefilehasbeen
//read,encrypted,andwrittentothedestinationfile.
//--------------------------------------------------------
//Closefiles.
if（hSource）
fclose（hSource）;
if（hDestination）
fclose（hDestination）;
//----------------------------------------------------
//Freememory.
if（pbBuffer）
free（pbBuffer）;
//------------------------------------------------------
//Destroysessionkey.
if（hKey）
CryptDestr
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