用CryptoAPI进行数据加密.docx

1、用CryptoAPI进行数据加密用CryptoAPI进行数据加密南京理工大学计算机系 胡静 李蔚清 由于过于复杂的加密算法实现起来非常困难,所以在过去,许多应用程序只能使用非常简单的加密技术,这样做的结果就是加密的数据很容易被人破译。而使用Microsoft提供的加密应用程序接口(即Cryptography API),或称CryptoAPI,可以方便地在应用程序中加入强大的加密功能,而不必考虑基本的算法。本文将对CryptoAPI及其使用的数据加密原理作一简单的介绍,然后给出了用CryptoAPI编写加密程序的大致步骤,最后以一个文件的加密、解密程序为例演示CryptoAPI的部分功能。1.

2、CryptoAPI简介CryptoAPI是一组函数,为了完成数学计算,必须具有密码服务提供者模块(CSP)。Microsoft通过捆绑RSA Base Provider在操作系统级提供一个CSP,使用RSA公司的公钥加密算法,更多的CSP可以根据需要增加到应用中。事实上,CSP有可能与特殊硬件设备(如智能卡)一起来进行数据加密。CryptoAPI接口允许简单的函数调用来加密数据,交换公钥,散列一个消息来建立摘要以及生成数字签名。它还提供高级的管理操作,如从一组可能的CSP中使用一个CSP。此外,CryptoAPI还为许多高级安全性服务提供了基础,包括用于电子商务的SET,用于加密客户机/服务器

3、消息的PCT,用于在各个平台之间来回传递机密数据和密钥的PFX,代码签名等等。CryptoAPI的体系结构如图1。图1 CryptoAPI体系结构目前支持CryptoAPI的Windows系统有:Windows 95 OSR2、Windows NT SP3及后续版本、Windows 98、Windows 2000等。CryptoAPI的配置信息存储在注册表中,包括如下密钥:HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoft Cryptography DefaultsHKEY_CURRENT_USER Software Microsoft Cryptography Provi

4、ders2. 数据加密原理数据加密流程如图2所示。图2 数据加密流程CryptoAPI使用两种密钥:会话密钥与公共/私人密钥对。会话密钥使用相同的加密和解密密钥,这种算法较快,但必须保证密钥的安全传递。公共/私人密钥对使用一个公共密钥和一个私人密钥,私人密钥只有专人才能使用,公共密钥可以广泛传播。如果密钥对中的一个用于加密,另一个一定用于解密。公共/私人密钥对算法很慢,一般只用于加密小批量数据,例如用于加密会话密钥。CryptoAPI支持两种基本的编码方法:流式编码和块编码。流式编码在明码文本的每一位上创建编码位,速度较快,但安全性较低。块编码在一个完整的块上(一般为64位)工作,需要使用填充

5、的方法对要编码的数据进行舍入,以组成多个完整的块。这种算法速度较慢,但更安全。3. 应用举例下面以两个文件加密与解密的C程序片断为例,演示一下CryptoAPI的强大功能。这两个程序均为Win32控制台应用,程序省略了出错处理,实际运行时请加入。1 文件加密#include #include #include #include /确定使用RC2块编码或是RC4流式编码#ifdef USE_BLOCK_CIPHER#define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC2#define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8#else#define ENCRYPT_ALGORITHM

6、 CALG_RC4#define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 1#endifvoid CAPIDecryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword);void _cdecl main(int argc, char *argv)PCHAR szSource = NULL;PCHAR szDestination = NULL;PCHAR szPassword = NULL;/ 验证参数个数if(argc != 3 & argc != 4) printf( USAGE: decrypt n );exit(1);/

7、读取参数.szSource = argv1;szDestination = argv2;if(argc = 4) szPassword = argv3;CAPIDecryptFile(szSource, szDestination, szPassword);/*szSource为要加密的文件名称,szDestination为加密过的文件名称,szPassword为加密口令*/void CAPIEncryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword)FILE *hSource = NULL;FILE *hDestinat

8、ion = 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 );/ 打开源文件hDestination = fopen(szDestination, wb ) ;/

9、.打开目标文件/ 连接缺省的CSPCryptAcquireContext(&hProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, 0);if(szPassword = NULL) /口令为空,使用随机产生的会话密钥加密/ 产生随机会话密钥。CryptGenKey(hProv, ENCRYPT_ALGORITHM, CRYPT_EXPORTABLE, &hKey)/ 取得密钥交换对的公共密钥CryptGetUserKey(hProv, AT_KEYEXCHANGE, &hXchgKey);/ 计算隐码长度并分配缓冲区CryptExportKey(hKey, hXchgKey, SI

10、MPLEBLOB, 0, NULL, &dwKeyBlobLen);pbKeyBlob=malloc(dwKeyBlobLen) = NULL) ;/ 将会话密钥输出至隐码CryptExportKey(hKey, hXchgKey, SIMPLEBLOB, 0, pbKeyBlob, &dwKeyBlobLen)/ 释放密钥交换对的句柄CryptDestroyKey(hXchgKey);hXchgKey = 0;/ 将隐码长度写入目标文件fwrite(&dwKeyBlobLen, sizeof(DWORD), 1, hDestination);/将隐码长度写入目标文件fwrite(pbKeyB

11、lob,1,dwKeyBlobLen, hDestination); else /口令不为空, 使用从口令派生出的密钥加密文件CryptCreateHash(hProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash);/ 建立散列表CryptHashData(hHash, szPassword,strlen(szPassword), 0); /散列口令/ 从散列表中派生密钥CryptDeriveKey(hProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, 0, &hKey);/ 删除散列表CryptDestroyHash(hHash);hHash = 0;/计算一次加密的数据字节

12、数,必须为ENCRYPT_BLOCK_SIZE的整数倍dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE;/如果使用块编码,则需要额外空间if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE 1) dwBufferLen=dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; else dwBufferLen = dwBlockLen;/分配缓冲区pbBuffer = malloc(dwBufferLen);/加密源文件并写入目标文件do / 从源文件中读出dwBlockLen个字节dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlock

13、Len, hSource);eof = feof(hSource);/加密数据CryptEncrypt(hKey, 0, eof, 0, pbBuffer, &dwCount, dwBufferLen);/ 将加密过的数据写入目标文件fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination); while(!feof(hSource);printf( OKn );./关闭文件、释放内存2 文件解密void CAPIDecryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword)./变量声明、文件操作同

14、文件加密程序CryptAcquireContext(&hProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, 0);if(szPassword = NULL) / 口令为空,使用存储在加密文件中的会话密钥解密/ 读隐码的长度并分配内存fread(&dwKeyBlobLen,sizeof(DWORD),1,hSource);pbKeyBlob=malloc(dwKeyBlobLen)= NULL);/ 从源文件中读隐码.fread(pbKeyBlob, 1, dwKeyBlobLen, hSource);/ 将隐码输入CSPCryptImportKey(hProv, pbKeyBlo

15、b, dwKeyBlobLen, 0, 0, &hKey); else / 口令不为空, 使用从口令派生出的密钥解密文件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(ENC

16、RYPT_BLOCK_SIZE 1) dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; else dwBufferLen = dwBlockLen;pbBuffer = malloc(dwBufferLen);/解密源文件并写入目标文件do dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen,hSource);eof = feof(hSource);/ 解密数据CryptDecrypt(hKey, 0, eof, 0, pbBuffer, &dwCount);/ 将解密过的数据写入目标文件fwrite(pbBuffer,

17、1, dwCount, hDestination); while(!feof(hSource);printf( OKn );./关闭文件、释放内存正文：给文件加密的技术很多,其中又分为不同等级,以适合不同场合的需要.这里给出最简单的文件加密技术,即采用文件逐字节与密码异或方式对文件进行加密,当解密时,只需再运行一遍加密程序即可.下面是一个实例程序,能对任意一个文件进行加密,密码要求用户输入,限8位以内(当然你可以再更改).程序有很好的容错设计,这是我们应该学习的./* Turbo 2.0 pass. give file a password! */#include#include#includ

18、e#includevoid dofile(char *in_fname,char *pwd,char *out_fname);/*对文件进行加密的具体函数*/void main(int argc,char *argv)/*定义main()函数的命令行参数*/char in_fname30;/*用户输入的要加密的文件名*/char out_fname30;char pwd8;/*用来保存密码*/if(argc!=4)/*容错处理*/printf(nIn-fname:n);gets(in_fname);/*得到要加密的文件名*/printf(Password:n);gets(pwd);/*得到密码

19、*/printf(Out-file:n);gets(out_fname);/*得到加密后你要的文件名*/dofile(in_fname,pwd,out_fname);else/*如果命令行参数正确,便直接运行程序*/strcpy(in_fname,argv1);strcpy(pwd,argv2);strcpy(out_fname,argv3);dofile(in_fname,pwd,out_fname);/*加密子函数开始*/void dofile(char *in_fname,char *pwd,char *out_file)FILE *fp1,*fp2;register char ch;int j=0;int j0=0;