Kryptographie in C++: Verschlüsselung und Hashes mit OpenSSL und Crypto++

Kryptographie in C++: Verschlüsselung und Hashes mit OpenSSL und Crypto++

Zuverlässiger Datenschutz ist ein grundlegendes Bedürfnis jeder modernen Anwendung. C++ bietet Entwicklern leistungsstarke Werkzeuge zur Implementierung kryptografischer Algorithmen: vom einfachen Hashing bis hin zu komplexen Schemata der asymmetrischen Verschlüsselung. In diesem Artikel werden wir die beiden beliebtesten Bibliotheken – OpenSSL und Crypto++ – untersuchen und zeigen, wie man mit ihnen typische Aufgaben löst: Hashing, symmetrische Verschlüsselung (AES) und asymmetrische Verschlüsselung (RSA).

1. OpenSSL: Universeller Krypto-Anbieter

OpenSSL ist der De-facto-Standard für Kryptographie in C/C++. Die Bibliothek unterstützt alle gängigen Algorithmen, X.509-Zertifikate und TLS-Protokolle. Für die Arbeit muss das Paket libssl-dev (Linux) installiert oder die Binärdateien für Windows heruntergeladen werden.

1.1 SHA-256-Hashing

Die einfachste Aufgabe ist die Berechnung eines Hashs einer Zeichenkette. Wir verwenden die Low-Level-API (EVP).

#include <iostream>#include <openssl/evp.h>#include <iomanip>

std::string sha256(const std::string& str) {    EVP_MD_CTX* ctx = EVP_MD_CTX_new();    EVP_DigestInit_ex(ctx, EVP_sha256(), nullptr);    EVP_DigestUpdate(ctx, str.data(), str.size());

    unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];    unsigned int hash_len;    EVP_DigestFinal_ex(ctx, hash, &hash_len);    EVP_MD_CTX_free(ctx);

    std::stringstream ss;    for (unsigned int i = 0; i < hash_len; ++i)        ss << std::hex << std::setw(2) << std::setfill('0')            << (int)hash[i];    return ss.str();}

int main() {    std::cout << sha256("Hello, Crypto!") << std::endl;    return 0;}

1.2 Symmetrische Verschlüsselung AES-256-CBC

Zur Verschlüsselung von Daten mit einem einzigen Schlüssel verwenden wir AES im CBC-Modus. Wichtig: Schlüssel und IV (Initialisierungsvektor) müssen zufällig sein.

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

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

    std::vector<unsigned char> ciphertext(plaintext.size() + 16);    int out_len, tmp_len;    EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext.data(), &out_len, plaintext.data(), plaintext.size());    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext.data() + out_len, &tmp_len);    out_len += tmp_len;    ciphertext.resize(out_len);

    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);    return ciphertext;}

Die Entschlüsselung erfolgt analog über EVP_DecryptInit_ex und EVP_DecryptUpdate.

1.3 Asymmetrische Verschlüsselung RSA

RSA wird für den Schlüsselaustausch oder die Signierung von Daten verwendet. Generierung eines Schlüsselpaares:

#include <openssl/rsa.h>#include <openssl/pem.h>

RSA* generate_rsa_keypair(int bits = 2048) {    RSA* rsa = RSA_new();    BIGNUM* e = BN_new();    BN_set_word(e, 65537);    RSA_generate_key_ex(rsa, bits, e, nullptr);    BN_free(e);    return rsa;}

// Speichern des öffentlichen Schlüssels im PEM-Formatvoid save_public_key(RSA* rsa, const char* filename) {    BIO* bio = BIO_new_file(filename, "w");    PEM_write_bio_RSA_PUBKEY(bio, rsa);    BIO_free(bio);}

2. Crypto++: C++-orientierte Alternative

Crypto++ (Bibliothek von Wei Dai) bietet eine für C++ „natürlichere“ Schnittstelle: Templates, RAII, Streams. Es sind keine externen Abhängigkeiten erforderlich.

2.1 SHA-256-Hashing in Crypto++

#include <cryptopp/sha.h>#include <cryptopp/hex.h>#include <iostream>

std::string sha256_cryptopp(const std::string& msg) {    CryptoPP::SHA256 hash;    byte digest[Cr