在OpenSSL中添加自定义加密算法
1.加密算法的加载
在调用加密算法之前，通过调用OpenSSL_add_all_algorithms来加载加密算法函数和单向散列算法函数
void OpenSSL_add_all_algorithms(void)
{
OpenSSL_add_all_ciphers(); /* 加载加密算法 */
OpenSSL_add_all_digests(); /* 加载单向散列函数 */
}
void OpenSSL_add_all_ciphers(void)函数实现如下:
void OpenSSL_add_all_ciphers(void)
{
EVP_add_cipher(EVP_rc2_cfb());
......
PKCS12_PBE_add();
PKCS5_PBE_add();
}
/* 这个过程的主要任务是向全局变量，static LHASH *names_lh，注册加密算法，如果添加了新的加密算法，必需向names_lh注册。 */
以下是IDEA算法的接口:
#ifndef NO_IDEA
EVP_add_cipher(EVP_idea_ecb()); /*添加EBC加密模式 */
EVP_add_cipher(EVP_idea_cfb()); /*添加CFB加密模式 */
EVP_add_cipher(EVP_idea_ofb()); /*添加OCF加密模式 */
EVP_add_cipher(EVP_idea_cbc()); /*添加CBC加密模式 */
EVP_add_cipher_alias(SN_idea_cbc,"IDEA"); /*添加cbc加密算法的别名“IDEA” */
EVP_add_cipher_alias(SN_idea_cbc,"idea"); /*添加cbc加密算法的别名“idea” */
#endif
在包括IDEA加密算法的情况下，OpenSSL将会选择IDAE加密算法模块！
下面来看看EVP_add_cipher函数是怎么实现的，
int EVP_add_cipher(EVP_CIPHER *c)
{
int r;
r=OBJ_NAME_add(OBJ_nid2sn(c->nid),OBJ_NAME_TYPE_CIPHER_METH,(char *)c);
if (r == 0) return(0);
r=OBJ_NAME_add(OBJ_nid2ln(c->nid),OBJ_NAME_TYPE_CIPHER_METH,(char *)c);
return(r);
}
/* 向全决变量names_lh 注册 obj_name_types 变量的过程 */
int OBJ_NAME_add(const char *name, int type, const char *data)
{
OBJ_NAME *onp,*ret;
int alias;
if ((names_lh == NULL) && !OBJ_NAME_init()) return(0);
alias=type&OBJ_NAME_ALIAS;
type&= ~OBJ_NAME_ALIAS;
onp=(OBJ_NAME *)OPENSSL_malloc(sizeof(OBJ_NAME));
if (onp == NULL)
{
/* ERROR */
return(0);
}
onp->name=name;
onp->alias=alias;
onp->type=type;
onp->data=data;
ret=(OBJ_NAME *)lh_insert(names_lh,onp);
if (ret != NULL)
{
/* free things */
if ((name_funcs_stack != NULL) && (sk_NAME_FUNCS_num(name_funcs_stack) > ret->type))
{
/* XXX: I'm not sure I understand why the free
* function should get three arguments...
* -- Richard Levitte
*/
sk_NAME_FUNCS_value(name_funcs_stack,ret->type)
->free_func(ret->name,ret->type,ret->data);
}
OPENSSL_free(ret);
}
else
{
if (lh_error(names_lh))
{
/* ERROR */
return(0);
}
}
return(1);
}
names_lh 是 LHASH的全局变量，用于维护obj_name_types的类型的变量。（在crypt/objects/o_names.c中定义）
（crypt/objects/obj_dat.h）相关的全局变量
static unsigned char lvalues[2896] 全局变量，已经初始化，存放了OpenSSL所有Object的相关信息。
nid_objs 是ASN1_OBJECT结构的数组全局变量，已经初始化，记录了所有OpenSSL用到的类型的名字
static ASN1_OBJECT *sn_objs[NUM_SN] 全局变量，已经初始化。
static ASN1_OBJECT *ln_objs[NUM_LN] 全局变量，已经初始化。
crypt/object/objects.h 中定义的结构
typedef struct obj_name_st
{
int type;
int alias;
const char *name;
const char *data;
} OBJ_NAME;
注意：crypto/objects 目录下面维护整个OpenSSL模块化的重要的程序，下面逐个做出介绍。
objects.txt 按照一定的语法结构，定义了SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base。经过perl程序objects.pl通过命令perl objects.pl objects.txt obj_mac.num obj_mac.h 处理后，生成了obj_mac.num 和obj_mac.h两个文件。
obj_mac.num 用来查阅 OBJ_base与NID_base之间的对应关系。
obj_mac.h 用来提供c语言类型SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base定义。
objects.h 同样提供了c语言类型SN_base, LN_base, NID_base，OBJ_base定义，在obj_mac.h 更新之后，必须对对应的objects.h 中的内容作出同步，及保持与obj_mac.h的定义一至，同时objects.h中也声明了一些对OBJ_name的操作函数。
objects.h 经过perl程序perl obj_dat.pl objects.h obj_dat.h处理之后，生成obj_dat.h头文件。
我们可以通过在objects.txt中的注册算法OID,就可以使用命令perl objects.pl objects.txt obj_mac.num obj_mac.h来生成自定义算法的一系列声明.
以下是我们添加的算法
在其中添加一行条目
rsadsi 3 255 : SSF33 : ssf33
分别生成以下声明
obj_dat.h:780:0x2A,0x86,0x48,0x86,0xF7,0x0D,0x03,0x81,0x7F,/* [5001] OBJ_ssf33 */
obj_dat.h:1949:{"SSF33","ssf33",NID_ssf33,9,&(lvalues[5001]),0},
obj_dat.h:3418:&(nid_objs[751]),/* "ssf33" */
obj_dat.h:3958:&(nid_objs[751]),/* OBJ_ssf33 1 2 840 113549 3 255 */
objects.txt:1046:rsadsi 3 255 : SSF33 : ssf33
obj_mac.h:3294:#define SN_ssf33 "SSF33"
obj_mac.h:3295:#define LN_ssf33 "ssf33"
obj_mac.h:3296:#define NID_ssf33 751
obj_mac.h:3297:#define OBJ_ssf33 OBJ_rsadsi,3L,255L
obj_mac.num:751:ssf33 751
2.密码算法接口的定义
typedef struct evp_cipher_st EVP_CIPHER;
/* 加密算法后被names_lh来管理,可以通算法的名称或别名来检索 */
struct evp_cipher_st
{
int nid; /*加密算法的nid*/
int block_size; /*数据块的大小 */
int key_len; /* Default value for variable length ciphers */
int iv_len; /* 对于CBC,CFB,OFB的加密算法初始化矢量*/
unsigned long flags; /* Various flags */
int (*init)(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
const unsigned char *iv, int enc); /* init key */
int (*do_cipher)(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
const unsigned char *in, unsigned int inl);/* encrypt/decrypt data */
int (*cleanup)(EVP_CIPHER_CTX *); /* cleanup ctx */
int ctx_size; /* how big the ctx needs to be */
int (*set_asn1_parameters)(EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE *); /* Populate a ASN1_TYPE with parameters */
int (*get_asn1_parameters)(EVP_CIPHER_CTX *, ASN1_TYPE *); /* Get parameters from a ASN1_TYPE */
int (*ctrl)(EVP_CIPHER_CTX *, int type, int arg, void *ptr); /* Miscellaneous operations */
void *app_data; /* Application data */
};
如果正确定义了EVP_CIPHER变量，这个算法就可以被OpenSSL所接受了。
下面的宏将定义ECB,CBC,CFB,OFB算法EVP_CIPHER定义。
#define BLOCK_CIPHER_defs(cname, kstruct, "
nid, block_size, key_len, iv_len, flags,"
init_key, cleanup, set_asn1, get_asn1, ctrl)"
static EVP_CIPHER cname##_cbc = {"
nid##_cbc, block_size, key_len, iv_len, "
flags | EVP_CIPH_CBC_MODE,"
init_key,"
cname##_cbc_cipher,"
cleanup,"
sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+"
sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),"
set_asn1, get_asn1,"
ctrl, "
NULL "
};"
EVP_CIPHER *EVP_##cname##_cbc(void) { return &cname##_cbc; }"
static EVP_CIPHER cname##_cfb = {"
nid##_cfb64, 1, key_len, iv_len, "
flags | EVP_CIPH_CFB_MODE,"
init_key,"
cname##_cfb_cipher,"
cleanup,"
sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+"
sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),"
set_asn1, get_asn1,"
ctrl,"
NULL "
};"
EVP_CIPHER *EVP_##cname##_cfb(void) { return &cname##_cfb; }"
static EVP_CIPHER cname##_ofb = {"
nid##_ofb64, 1, key_len, iv_len, "
flags | EVP_CIPH_OFB_MODE,"
init_key,"
cname##_ofb_cipher,"
cleanup,"
sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+"
sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),"
set_asn1, get_asn1,"
ctrl,"
NULL "
};"
EVP_CIPHER *EVP_##cname##_ofb(void) { return &cname##_ofb; }"
static EVP_CIPHER cname##_ecb = {"
nid##_ecb, block_size, key_len, iv_len, "
flags | EVP_CIPH_ECB_MODE,"
init_key,"
cname##_ecb_cipher,"
cleanup,"
sizeof(EVP_CIPHER_CTX)-sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c))+"
sizeof((((EVP_CIPHER_CTX *)NULL)->c.kstruct)),"
（ctx_size 其中有联合的结构，如何获取EVP_CIPHER_CTX数据长度）
set_asn1, get_asn1,"
ctrl,"
NULL "
};"
EVP_CIPHER *EVP_##cname##_ecb(void) { return &cname##_ecb; }
上面的宏在经过处理之后，变成了四中加密模式的EVP_CIPHER定义，这个结构中封装了加密操作汉书，密钥初始化函数，以及密钥的清理函数。除了实现加密算法之外，还比需实现对应的密钥结构！
EVP_CIPHER_CTX就是密钥结构，完成对加密算法密钥的管理。
typedef struct evp_cipher_ctx_st EVP_CIPHER_CTX;
struct evp_cipher_ctx_st
{
const EVP_CIPHER *cipher;
int encrypt; /* encrypt or decrypt */
int buf_len; /* number we have left */
unsigned char oiv[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* original iv */
unsigned char iv[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* working iv */
unsigned char buf[EVP_MAX_IV_LENGTH]; /* saved partial block */
int num; /* used by cfb/ofb mode */
void *app_data; /* application stuff */
int key_len; /* May change for variable length cipher */
/* 通过联合的方式管理密钥，对各种密钥实现灵活的管理 */
union {
#ifndef NO_RC4
struct
{
unsigned char key[EVP_RC4_KEY_SIZE];
RC4_KEY ks; /* working key */
} rc4;
#endif
#ifndef NO_DES
des_key_schedule des_ks;/* key schedule */
struct
{
des_key_schedule ks;/* key schedule */
des_cblock inw;
des_cblock outw;
} desx_cbc;
struct
{
des_key_schedule ks1;/* key schedule */
des_key_schedule ks2;/* key schedule (for ede) */
des_key_schedule ks3;/* key schedule (for ede3) */
} des_ede;
#endif
#ifndef NO_IDEA
IDEA_KEY_SCHEDULE idea_ks;/* key schedule */
#endif
#ifndef NO_RC2
struct {
int key_bits; /* effective key bits */
RC2_KEY ks;/* key schedule */
} rc2;
#endif
#ifndef NO_RC5
struct {
int rounds; /* number of rounds */
RC5_32_KEY ks;/* key schedule */
} rc5;
#endif
#ifndef NO_BF
BF_KEY bf_ks;/* key schedule */
#endif
#ifndef NO_CAST
CAST_KEY cast_ks;/* key schedule */
#endif
} c;
};
3.示例
熟悉了这些结构，我们就可以通过这些ssf33的算法的申明添加自定义算法了，这里我们以RC4算法为模板只是修改名字来创建我们的算法.
在crypto"evp"下添加e_ssf33.c,内容如下
#include <stdio.h>
#include "cryptlib.h"
#ifndef OPENSSL_NO_RC4
#include <openssl/evp.h>
#include <openssl/objects.h>
#include <openssl/rc4.h>
/* FIXME: surely this is available elsewhere? */
#define EVP_SSF33_KEY_SIZE 16
typedef struct
{
RC4_KEY ks; /* working key */
} EVP_SSF33_KEY;
#define data(ctx) ((EVP_SSF33_KEY *)(ctx)->cipher_data)
static int ssf33_init_key(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
const unsigned char *iv,int enc);
static int ssf33_cipher(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
const unsigned char *in, unsigned int inl);
static const EVP_CIPHER ssf33_evp_cipher=
{
NID_ssf33,
1,EVP_SSF33_KEY_SIZE,0,
EVP_CIPH_VARIABLE_LENGTH,
ssf33_init_key,
ssf33_cipher,
NULL,
sizeof(EVP_SSF33_KEY),
NULL,
NULL,
NULL,
NULL
};
const EVP_CIPHER *EVP_ssf33(void)
{
return(&ssf33_evp_cipher);
}
static int ssf33_init_key(EVP_CIPHER_CTX *ctx, const unsigned char *key,
const unsigned char *iv, int enc)
{
RC4_set_key(&data(ctx)->ks,EVP_CIPHER_CTX_key_length(ctx),
key);
return 1;
}
static int ssf33_cipher(EVP_CIPHER_CTX *ctx, unsigned char *out,
const unsigned char *in, unsigned int inl)
{
RC4(&data(ctx)->ks,inl,in,out);
return 1;
}
#endif
接下来在evp.h中添加对算法的声明
evp.h:const EVP_CIPHER *EVP_ssf33(void);
这样我们只要在c_allc.c文件中修改OpenSSL_add_all_ciphers函数，使用EVP_add_cipher注册加密函数就可以了.
EVP_add_cipher(EVP_ssf33());
就可以使用此函数了！可以通过evp_test测试实例！^_^