C++ 密码学：使用 OpenSSL 和 Crypto++ 进行加密与哈希

C++ 密码学：使用 OpenSSL 和 Crypto++ 进行加密与哈希

可靠的数据保护是任何现代应用程序的基本需求。C++ 为开发者提供了实现加密算法的强大工具：从简单的哈希到复杂的非对称加密方案。在本文中，我们将介绍两个最流行的库——OpenSSL 和 Crypto++——并展示如何使用它们解决典型任务：哈希、对称加密（AES）和非对称加密（RSA）。

1. OpenSSL：通用加密提供者

OpenSSL 是 C/C++ 加密领域的事实标准。该库支持所有主要算法、X.509 证书和 TLS 协议。使用时需要安装 libssl-dev 包（Linux）或下载 Windows 的二进制版本。

1.1 SHA-256 哈希

最简单的任务是计算字符串的哈希值。我们使用底层 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 AES-256-CBC 对称加密

使用单个密钥加密数据时，我们采用 CBC 模式下的 AES。重要提示：密钥和 IV（初始化向量）必须是随机的。

#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;}

解密通过 EVP_DecryptInit_ex 和 EVP_DecryptUpdate 类似地执行。

1.3 RSA 非对称加密

RSA 用于密钥交换或数据签名。生成密钥对：

#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;}

// 将公钥保存为 PEM 格式void 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++：面向 C++ 的替代方案

Crypto++（Wei Dai 库）提供了更符合 C++ 习惯的接口：模板、RAII、流。无需外部依赖。

2.1 Crypto++ 中的 SHA-256 哈希

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

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