Криптография в C++: шифрование и хеширование — полное руководство

Криптография в C++: шифрование и хеширование — полное руководство

Криптография — это фундаментальная основа безопасности современных приложений. В C++ разработчикам доступны мощные библиотеки, позволяющие реализовать шифрование, дешифрование и хеширование данных. В этой статье мы подробно рассмотрим две популярные библиотеки: OpenSSL и Crypto++, а также разберём ключевые концепции: симметричное шифрование (AES), асимметричное шифрование (RSA) и криптографические хеш-функции (SHA-256).

1. Основные понятия криптографии

Прежде чем перейти к коду, важно понимать базовые термины:

• Симметричное шифрование — один ключ используется и для шифрования, и для дешифрования. Примеры: AES, DES, ChaCha20.
• Асимметричное шифрование — пара ключей: открытый (для шифрования) и закрытый (для дешифрования). Примеры: RSA, ECC.
• Хеш-функции — необратимое преобразование данных в строку фиксированной длины. Примеры: SHA-256, MD5 (устарел), BLAKE2.
• Соль (salt) — случайные данные, добавляемые к паролю перед хешированием для защиты от радужных таблиц.

2. Библиотека OpenSSL в C++

OpenSSL — это кроссплатформенная библиотека с открытым исходным кодом, реализующая протоколы SSL/TLS и широкий набор криптографических алгоритмов. Для работы с ней в C++ необходимо подключить заголовочные файлы и линковаться с библиотеками libssl и libcrypto.

Пример 1: Хеширование SHA-256 с помощью 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 - криптография в C++";
    std::cout << "SHA-256: " << sha256(data) << std::endl;
    return 0;
}

Этот код демонстрирует базовое использование контекста SHA256. Функция SHA256_Init инициализирует контекст, SHA256_Update добавляет данные (можно вызывать несколько раз для потоковой обработки), а SHA256_Final завершает вычисление и записывает результат.

Пример 2: Симметричное шифрование AES-256-CBC

#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-битный ключ (32 байта) и 128-битный IV (16 байт)
    unsigned char key[32] = "01234567890123456789012345678901";
    unsigned char iv[16] = "0123456789012345";

    std::string message = "Секретные данные для PythonLib";
    auto encrypted = aes_encrypt(message, key, iv);

    std::cout << "Зашифровано байт: " << encrypted.size() << std::endl;
    return 0;
}

Здесь используется высокоуровневый API EVP (Envelope), который абстрагирует детали конкретного алгоритма. Важно