作者: Angus.Fenying <[email protected]>
日期: 2016-11-10 10:35 PM
本文介紹 OpenSSL 命令行進行 RSA 加密、解密、簽名、驗證的操作，但不涉及 RSA 算法原理解析，如有興趣，可以閱讀阮一峯的《RSA算法原理》。如果你只想知道 RSA 是什麼，那麼你只要記住：RSA 是一種加密算法，使用兩個密鑰，一個叫公鑰，一個 叫私鑰，使用公鑰加密的密文只有使用私鑰纔可以解密，反之亦然。
Section 0: 生成隨機文件
由於 OpenSSL 創建密鑰文件是隨機生成的，因此有必要爲之提供一份隨機數據源。
可以用 openssl 的 rand 命令創建一個 64MB 的隨機文件，保存爲文件
randSrc.bin。
openssl rand -out ./randSrc.bin 67108864
還可以使用 -base64 或者 -hex 兩個參數之一指定輸出格式爲 BASE64 或者 HEX。
Section 1: 生成一個密鑰文件
小貼士：
- 根據目前的普遍需求，應當使用 AES256 爲加密標準。
- 通常 RSA 私鑰文件命名爲 name.pem，公鑰文件名爲 name_pub.pem。
- OpenSSL 生成的密鑰文件默認是 PEM 格式的。
openssl genrsa \
-rand randSrc.bin \
-aes256 \
-out rsa.pem 2048
這個命令的意思是：
genrsa: 生成 RSA 密鑰文件。-aes256: 使用 AES256 算法加密生成的密鑰文件， 因此你需要輸入加密用的密碼（並記住）。-rand randSrc.bin使用文件 randSrc.bin 作爲隨機數來源。-out rsa.pem: 將生成的密鑰文件保存爲rsa.pem。2048: 生成 2048 Bits 的 RSA 密鑰文件。
2048 Bits 是指 RSA 算法裏 N 的長度，而不是說公鑰和私鑰都是 2048 Bits。
生成文件樣例：
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
Proc-Type: 4,ENCRYPTED
DEK-Info: AES-256-CBC,A6F8DD9D1D994363907C278CDF9B644C
MfsPjXK6izOmmzMseG3M2aBKque20ao13+oFg/JdJtlCK0Vb11hLqq8h/ICnY3lI
z1xuBKiXVykl521YumeTS6C+WtSkb71cy1u6lHBwdO44tWxklEqcl1sLYIWKyNaB
VgKmS4BhfuUq8XlSt3LnuQT/BJWPP7+GUUaZG6/stMWAx+XBg9mMahxGCqo7aRcz
...............
nLGRE27iklwGgSagaK40FDiSe69HcIBkHCUQYaYtXQzHNgjoQRkcotzo+vxM7XcL
5y5DHwA8IFwt9c5f14lxZ2cXF9p54JA3UMy+T7XggINDgBFuOPR/U3eBS2x6hHW6
eoGX+khw+s5atpNJaF4s6n2ViDseQsW+b8NfSdlX0j5f5xSasFcYgFsDZtBy/FqZ
-----END RSA PRIVATE KEY-----
這是一個密鑰文件，而不是一個純粹的私鑰文件，它包含了完整的密鑰信息，即是說，裏面 既有公鑰也有私鑰。但是隻能把它當成私鑰使用，公鑰部分請參考 Section 3。
Section 2: 去除密鑰文件的密碼
從 Section 1 生成的密鑰文件中提取沒有密碼的密鑰文件，以便給 Nginx 等服務器使用。
openssl rsa -in rsa.pem -out rsa_pri.pem
Section 3: 根據私鑰生成公鑰
從 Section 1 生成的私鑰文件中提取公鑰文件。
openssl rsa -in rsa.pem -pubout -out rsa_pub.pem
Section 4: 使用公鑰加密
RSA 加密和解密都是使用 openssl 的 rsautl 命令。
在 Section 3 裏面生成了公鑰文件 rsa_pub.pem，下面使用它進行加密。 （先生成個數據文件）
echo 1234567890 > test.txt
md5sum test.txt
openssl rsautl \
-encrypt \
-in test.txt \
-out test.secret \
-pubin \
-inkey rsa_pub.pem
可以看到源文件 test.txt 的 MD5 值爲 7c12772809c1c0c3deda6103b10fdfa0。
源文件 test.txt 只有 10 個字節大小，但是加密結果文件 test.secret* 居然有 256 字節（2048 位長），這是因爲 RSA 密鑰是 2048 位長度的，而 RSA 加解密算法的操作 單位必須和密鑰長度一致。所以加密結果的大小一定和密鑰長度的一致。所以加密長度必須小於
密鑰長度 - 填充長度。關於填充數據，默認使用
PKCS#1 v1.5填充格式。
Section 5: 使用私鑰解密
在 Section 1 裏面生成了密鑰文件 rsa.pem，下面使用它進行加密。
openssl rsautl -decrypt -in test.secret -out test.raw -inkey rsa.pem
md5sum test.raw
這裏使用的是帶密碼的密鑰文件，因此需要輸入 AES 密碼先把密鑰文件解密出來。如果使用的是 Section 2 中生成的無密碼密鑰文件，那麼則不需要輸入密碼了。
可以看到解密出來的文件 test.raw 的 MD5 值爲 7c12772809c1c0c3deda6103b10fdfa0。
Section 6: 使用私鑰簽名
加解密是使用公鑰加密，私鑰解密，因爲公鑰是公開的，私鑰是保密的。簽名和校驗則反過來， 私鑰簽名，公鑰校驗。
這裏假設你要發送消息給你朋友，消息存在文件 test.txt 中，你已經擁有了你朋友的 公鑰文件 fr_pub.pem。
那麼先用他的公鑰對文件進行加密：
openssl rsautl -encrypt -in test.txt -out test.msg -pubin -inkey fr_pub.pem
得到了加密後的文件 test.msg，下面使用你自己的私鑰進行簽名。
先用 SHA256 算法生成文件的哈希校驗碼：
openssl sha256 -out test.hash test.msg
得到了哈希校驗文件 test.hash，內容如下：
SHA256(test.msg)= ************************
下面使用 RSA 私鑰對其進行簽名：
openssl pkeyutl \
-sign \
-in test.hash \
-out test.sign \
-inkey rsa_raw.pem
或者
openssl rsautl \
-sign \
-in test.hash \
-out test.sign \
-inkey rsa_raw.pem
RSA 私鑰簽名的實質是：使用 RSA 私鑰對數據的哈希校驗碼進行加密，這樣就可以用 對應的 RSA 公鑰解密得到數據的哈希校驗碼。
得到了簽名後的文件 test.sign，將它和 test.msg、rsa_pub.pem 一起發給你的朋友。
Section 7: 使用公鑰校驗
現在你的朋友收到了你發給他的三個文件，分別是：公鑰、簽名、消息。現在他怎麼確定 消息是發給他的呢？當然是使用公鑰校驗啦。
首先，他同樣使用 openssl 生成文件 test.msg 的哈希校驗碼。
openssl sha256 -out test.hash test.msg
然後使用你的公鑰文件對其進行校驗：
openssl pkeyutl \
-verify \
-in test.hash \
-sigfile test.sign \
-pubin \
-inkey rsa_pub.pem
如果校驗通過，則會看到提示：Signature Verified Successfully。
然後他再使用他的私鑰解密 test.msg 文件即可得到你發給他的消息了。
這裏不使用
openssl rsautl -verify命令，因爲rsautl的-verify指令 僅僅是將輸入的文件用公鑰解密，但不與計算出來的哈希校驗碼進行比較，不如 pkeyutl 的-verify方便：openssl rsautl \ -verify \ -in test.sign \ -pubin \ -inkey rsa_pub.pem
前面說了，rsa.pem 裏面既包含私鑰又包含公鑰，這裏可以小小地證明一下。 直接使用 rsa_raw.pem 文件進行簽名校驗。
openssl pkeyutl \ -verify \ -in test.hash \ -sigfile test.sign \ -pubin \ -inkey rsa_raw.pem如何，結果是不是一樣呢？
那麼，問題來了。如果傳輸過程被人攔截了怎麼辦？這就是下一篇文章的內容了。