Kryptografie in C++: Verschlüsselung und Hashing – vollständiger Leitfaden

Kryptografie in C++: Verschlüsselung und Hashing – vollständiger Leitfaden

Kryptografie ist die grundlegende Basis für die Sicherheit moderner Anwendungen. In C++ stehen Entwicklern leistungsstarke Bibliotheken zur Verfügung, um Verschlüsselung, Entschlüsselung und Hashing von Daten zu implementieren. In diesem Artikel betrachten wir zwei beliebte Bibliotheken im Detail: OpenSSL und Crypto++, und erläutern die wichtigsten Konzepte: symmetrische Verschlüsselung (AES), asymmetrische Verschlüsselung (RSA) und kryptografische Hash-Funktionen (SHA-256).

1. Grundlegende Begriffe der Kryptografie

Bevor wir zum Code übergehen, ist es wichtig, die grundlegenden Begriffe zu verstehen:

• Symmetrische Verschlüsselung – Ein Schlüssel wird sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet. Beispiele: AES, DES, ChaCha20.
• Asymmetrische Verschlüsselung – Ein Schlüsselpaar: ein öffentlicher (zum Verschlüsseln) und ein privater (zum Entschlüsseln). Beispiele: RSA, ECC.
• Hash-Funktionen – Nicht umkehrbare Umwandlung von Daten in eine Zeichenkette fester Länge. Beispiele: SHA-256, MD5 (veraltet), BLAKE2.
• Salt – Zufällige Daten, die dem Passwort vor dem Hashing hinzugefügt werden, um es vor Regenbogentabellen zu schützen.

2. Die OpenSSL-Bibliothek in C++

OpenSSL ist eine plattformübergreifende Open-Source-Bibliothek, die die Protokolle SSL/TLS und eine breite Palette kryptografischer Algorithmen implementiert. Für die Arbeit mit ihr in C++ müssen die Header-Dateien eingebunden und die Bibliotheken libssl und libcrypto gelinkt werden.

Beispiel 1: SHA-256-Hashing mit OpenSSL

#include <iostream>#include <openssl/sha.h>#include <cstring>

std::string sha256(const std::string& input) {    unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];    SHA256_CTX sha256;    SHA256_Init(&sha256);    SHA256_Update(&sha256, input.c_str(), input.length());    SHA256_Final(hash, &sha256);

    std::string output;    for(int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) {        char buf[3];        sprintf(buf, "%02x", hash[i]);        output += buf;    }    return output;}

int main() {    std::string data = "PythonLib - Kryptografie in C++";    std::cout << "SHA-256: " << sha256(data) << std::endl;    return 0;}

Dieser Code demonstriert die grundlegende Verwendung des SHA256-Kontexts. Die Funktion SHA256_Init initialisiert den Kontext, SHA256_Update fügt Daten hinzu (kann für die Streaming-Verarbeitung mehrfach aufgerufen werden) und SHA256_Final schließt die Berechnung ab und schreibt das Ergebnis.

Beispiel 2: Symmetrische AES-256-CBC-Verschlüsselung

#include <iostream>#include <openssl/evp.h>#include <vector>#include <cstring>

std::vector<unsigned char> aes_encrypt(const std::string& plaintext,                                        const unsigned char* key,                                        const unsigned char* iv) {    EVP_CIPHER_CTX* ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();    EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), nullptr, key, iv);

    std::vector<unsigned char> ciphertext(plaintext.size() + EVP_CIPHER_block_size(EVP_aes_256_cbc()));    int len = 0;    int ciphertext_len = 0;

    EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext.data(), &len,                      reinterpret_cast<const unsigned char*>(plaintext.c_str()), plaintext.size());    ciphertext_len = len;

    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext.data() + len, &len);    ciphertext_len += len;    ciphertext.resize(ciphertext_len);

    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);    return ciphertext;}

int main() {    // 256-Bit-Schlüssel (32 Bytes) und 128-Bit-IV (16 Bytes)    unsigned char key[32] = "01234567890123456789012345678901";    unsigned char iv[16] = "0123456789012345";

    std::string message = "Geheime Daten für PythonLib"