Криптография в C++: полное руководство по шифрованию и хешированию

Криптография в C++: от теории к практике шифрования и хеширования

Криптография — фундаментальная основа безопасности современных приложений. В C++ разработчику доступны мощные библиотеки, позволяющие реализовать как симметричное/асимметричное шифрование, так и криптографическое хеширование. В этом материале мы разберем две ключевые библиотеки: OpenSSL (де-факто стандарт) и Crypto++ (чистый C++, удобен для интеграции). Вы узнаете, как зашифровать данные, проверить целостность и защитить пароли.

Основные криптографические концепции

Прежде чем перейти к коду, важно понять три базовые операции:

• Симметричное шифрование (AES, ChaCha20) — один ключ для шифрования и расшифровки. Быстрое, подходит для больших объемов данных.
• Асимметричное шифрование (RSA, ECC) — пара ключей (открытый/закрытый). Используется для обмена ключами и цифровых подписей.
• Хеширование (SHA-256, MD5) — необратимое преобразование данных в строку фиксированной длины. Применяется для проверки целостности и хранения паролей.

1. Работа с OpenSSL в C++

OpenSSL — кроссплатформенная библиотека на C, доступная через линковку. Установка: sudo apt install libssl-dev (Linux) или через vcpkg/conan для Windows.

Пример: симметричное шифрование AES-256-CBC

#include <iostream>
#include <string>
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/rand.h>

std::string 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::string ciphertext(plaintext.size() + 16, '\0');
    int len = 0, ciphertext_len = 0;
    EVP_EncryptUpdate(ctx, reinterpret_cast<unsigned char*>(&ciphertext[0]), &len,
                      reinterpret_cast<const unsigned char*>(plaintext.data()), plaintext.size());
    ciphertext_len = len;
    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, reinterpret_cast<unsigned char*>(&ciphertext[ciphertext_len]), &len);
    ciphertext_len += len;
    ciphertext.resize(ciphertext_len);
    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
    return ciphertext;
}

int main() {
    unsigned char key[32], iv[16];
    RAND_bytes(key, sizeof(key)); // Генерация случайного ключа
    RAND_bytes(iv, sizeof(iv));

    std::string data = "Секретное сообщение";
    std::string encrypted = aes_encrypt(data, key, iv);
    std::cout << "Зашифровано: " << encrypted.size() << " байт" << std::endl;
    return 0;
}

Хеширование SHA-256 через OpenSSL

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

std::string sha256(const std::string& str) {
    unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];
    SHA256_CTX sha256;
    SHA256_Init(&sha256);
    SHA256_Update(&sha256, str.c_str(), str.size());
    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::cout << "SHA-256: " << sha256("Hello, Crypto!") << std::endl;
    return 0;
}

2. Библиотека Crypto++ (C++ чистая реализация)

Crypto++ (cryptopp) — полноценная библиотека на C++ без внешних зависимостей. Установка: sudo apt install libcrypto++-dev или скачать с cryptopp.com.

Пример: RSA-шифрование с Crypto++

#include <iostream>
#include <string>
#include <cryptopp/rsa.h>
#include <cryptopp/osrng.h>
#include <cryptopp/base64.h>

int main() {
    using namespace CryptoPP;

    AutoSeededRandomPool rng;
    InvertibleRSAFunction params;
    params.GenerateRandomWithKeySize(rng, 2048);

    RSA::PrivateKey privateKey(params);
    RSA::PublicKey publicKey(params);

    std::string plain = "Кри