1、對(duì)稱加密算法

對(duì)稱加密算法是應(yīng)用較早的加密算法，數(shù)據(jù)發(fā)送方將明文和密鑰經(jīng)加密算法處理，使其變成密文發(fā)送出去；接收方收到密文后，使用和加密算法相同的密鑰進(jìn)行逆算法解密，還原出明文。在對(duì)稱加密算法中，使用的密鑰只有一個(gè)，收發(fā)雙方使用相同的密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或解密。

雙方都必須保管好密鑰，任一方的密鑰泄露，都會(huì)導(dǎo)致加密信息不安全；尤其是雙方協(xié)商更換密鑰過程中，密鑰會(huì)出現(xiàn)在傳輸過程中，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的安全性。

對(duì)稱加密算法常用的AES可以參考嵌入式算法6---AES加密/解密算法。

2、非對(duì)稱加密算法

和對(duì)稱加密算法最大的區(qū)別是，非對(duì)稱加密算法需要兩個(gè)密鑰，公開密鑰（public key 簡稱公鑰）和私有密鑰（private key 簡稱私鑰），且公鑰與私鑰是互相關(guān)聯(lián)的一對(duì)。使用公鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，只有用對(duì)應(yīng)的私鑰才能解密，私鑰加密簽名也只有公鑰能解密驗(yàn)簽。

非對(duì)稱加密算法實(shí)現(xiàn)機(jī)密信息交換的基本過程：

1、甲方生成一對(duì)密鑰并將公鑰公開，私鑰保密

2、乙方使用甲方的提供的公鑰，對(duì)機(jī)密信息加密后再發(fā)送給甲方；甲方使用自己私鑰對(duì)加密后的信息進(jìn)行解密

3、甲方也可以使用自己的私鑰對(duì)機(jī)密信息進(jìn)行簽名后再發(fā)送給乙方，乙方用甲方的提供公鑰對(duì)甲方發(fā)來的密文進(jìn)行驗(yàn)簽

非對(duì)稱加密算法的特點(diǎn)：

1、公鑰公開，私鑰私藏，無需雙方傳輸密鑰協(xié)商，所以安全性比對(duì)稱加密算法更高

2、非對(duì)稱加密的算法復(fù)雜，運(yùn)算速度比對(duì)稱加密解密的速度慢很多

3、一般情況下使用非對(duì)稱加密保護(hù)對(duì)稱加密的密鑰，密鑰協(xié)商后使用對(duì)稱加密進(jìn)行通信

4、最佳實(shí)現(xiàn)是雙方各自保存自己的私鑰，使用對(duì)方的公鑰加密數(shù)據(jù)傳輸

3、RSA算法與密鑰

非對(duì)稱加密算法中最常用的當(dāng)屬 RSA ，其算法本身基于一個(gè)簡單的數(shù)論知識(shí)，給出兩個(gè)素?cái)?shù)，很容易將它們相乘，然而給出它們的乘積，想得到這兩個(gè)素?cái)?shù)就顯得尤為困難。具體的私鑰與公鑰生成原理和加密、解密過程，不是本文關(guān)注的重點(diǎn)。

私鑰和公鑰的生成，可以借助mbedtls源碼或openSSL工具生成，舉例如下：

1、安裝openSSL，

2、安裝后進(jìn)入openSSL命令行界面，使用命令生成RSA2048的私鑰，存入private.key文件

OpenSSL>genrsa -out private.key 2048

3、基于公鑰生成私鑰，存入文件public.key

OpenSSL> rsa -in private.key -pubout -out public.key

4、有些算法庫采用傳入指數(shù)、模數(shù)方式進(jìn)行加解密，而前面生成的公私鑰是PEM格式，需要變成Exponent、Modulus形式，就可以使用以下工具在線轉(zhuǎn)換。

5、關(guān)于mbedtls應(yīng)用，可以參考mbedtls 基礎(chǔ)及其應(yīng)用，該開源庫針對(duì)嵌入式系統(tǒng)，且囊括了很多常用的算法。

4、源碼

以下是RSA2048的C源碼和驗(yàn)證范例，基于Qt測試，也可以結(jié)合硬件性能改為RSA1024，移植時(shí)注意適配形如 portable_***的三個(gè)API。

/************************************/ //關(guān)注微信公眾號(hào)  嵌入式系統(tǒng) /************************************/ //rsa.h #include "stdlib.h" #define RSA_ENCODE_LEN  (2048/8) //RSA2048即256字節(jié)，可以視硬件情況改為1024 typedef unsigned char uint8_t; typedef unsigned short int uint16_t; typedef unsigned int uint32_t; #define BI_MAXLEN 130 #define DEC 10 #define HEX 16 #define CARRYOVER  0x10000 #define CARRYLAST   0xFFFF typedef struct { uint32_t m_nLength; //大數(shù)在0x1 00 00 00 00進(jìn)制下的長度 uint16_t m_ulValue[BI_MAXLEN]; //用數(shù)組記錄大數(shù)在0x100000000進(jìn)制下每一位的值 } CBigInt; //rsa.c #include "rsa.h" #include "time.h" /******************* 適配API *******************/ #define portable_malloc  malloc #define portable_free    free //隨機(jī)數(shù)種子源 uint32_t portable_rand_seed(void) { time_t timestamp;
 time(×tamp); return timestamp;
} /******************* 適配API *******************/ /*****************************************************************
基本操作與運(yùn)算
Init, 構(gòu)造大數(shù)對(duì)象并初始化為零
Mov，賦值運(yùn)算，可賦值為大數(shù)或普通整數(shù)，可重載為運(yùn)算符“=”
Cmp，比較運(yùn)算，可重載為運(yùn)算符“==”、“!=”、“>=”、“<=”等
Add，加，求大數(shù)與大數(shù)或大數(shù)與普通整數(shù)的和，可重載為運(yùn)算符“+”
Sub，減，求大數(shù)與大數(shù)或大數(shù)與普通整數(shù)的差，可重載為運(yùn)算符“-”
Mul，乘，求大數(shù)與大數(shù)或大數(shù)與普通整數(shù)的積，可重載為運(yùn)算符“*”
Div，除，求大數(shù)與大數(shù)或大數(shù)與普通整數(shù)的商，可重載為運(yùn)算符“/”
Mod，模，求大數(shù)與大數(shù)或大數(shù)與普通整數(shù)的模，可重載為運(yùn)算符“%”
*****************************************************************/ static CBigInt *Mov_Big_Long(CBigInt *X, uint32_t A); static CBigInt *Mov_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Add_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Sub_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Mul_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Div_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Mod_Big_Big(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *Add_Big_Long(CBigInt *X, uint32_t A); static CBigInt *Sub_Big_Long(CBigInt *X, uint32_t A); static CBigInt *Mul_Big_Long(CBigInt *X, uint32_t A); static CBigInt *Div_Big_Long(CBigInt *X, uint32_t A); static uint32_t Mod_Big_Long(CBigInt *N, uint32_t A); static int Cmp(CBigInt *N, CBigInt *A); /*****************************************************************
輸入輸出
Get，從字符串按10進(jìn)制或16進(jìn)制格式輸入到大數(shù)
Put，將大數(shù)按10進(jìn)制或16進(jìn)制格式輸出到字符串
*****************************************************************/ static CBigInt *Get(CBigInt *N, char *str, uint32_t system); static char *Put(CBigInt *N, uint32_t system); /*****************************************************************
RSA相關(guān)運(yùn)算
Rab，拉賓米勒算法進(jìn)行素?cái)?shù)測試
Euc，歐幾里德算法求解同余方程
RsaTrans，反復(fù)平方算法進(jìn)行冪模運(yùn)算
GetPrime，產(chǎn)生指定長度的隨機(jī)大素?cái)?shù)
*****************************************************************/ static int Rab(CBigInt *N); static CBigInt *Euc(CBigInt *X, CBigInt *A); static CBigInt *RsaTrans(CBigInt *X, CBigInt *A, CBigInt *B); static CBigInt *GetPrime(CBigInt *X, int bits); /*****************************************************************
大數(shù)運(yùn)算庫源文件：BigInt.c
說明：適用于C，linux系統(tǒng) 1024位RSA運(yùn)算
*****************************************************************/ //小素?cái)?shù)表 const static int PrimeTable[550] =
{ 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 53, 59, 61, 67, 71, 73, 79, 83, 89, 97, 101, 103, 107, 109, 113, 127, 131, 137, 139, 149, 151, 157, 163, 167, 173, 179, 181, 191, 193, 197, 199, 211, 223, 227, 229, 233, 239, 241, 251, 257, 263, 269, 271, 277, 281, 283, 293, 307, 311, 313, 317, 331, 337, 347, 349, 353, 359, 367, 373, 379, 383, 389, 397, 401, 409, 419, 421, 431, 433, 439, 443, 449, 457, 461, 463, 467, 479, 487, 491, 499, 503, 509, 521, 523, 541, 547, 557, 563, 569, 571, 577, 587, 593, 599, 601, 607, 613, 617, 619, 631, 641, 643, 647, 653, 659, 661, 673, 677, 683, 691, 701, 709, 719, 727, 733, 739, 743, 751, 757, 761, 769, 773, 787, 797, 809, 811, 821, 823, 827, 829, 839, 853, 857, 859, 863, 877, 881, 883, 887, 907, 911, 919, 929, 937, 941, 947, 953, 967, 971, 977, 983, 991, 997, 1009, 1013, 1019, 1021, 1031, 1033, 1039, 1049, 1051, 1061, 1063, 1069, 1087, 1091, 1093, 1097, 1103, 1109, 1117, 1123, 1129, 1151, 1153, 1163, 1171, 1181, 1187, 1193, 1201, 1213, 1217, 1223, 1229, 1231, 1237, 1249, 1259, 1277, 1279, 1283, 1289, 1291, 1297, 1301, 1303, 1307, 1319, 1321, 1327, 1361, 1367, 1373, 1381, 1399, 1409, 1423, 1427, 1429, 1433, 1439, 1447, 1451, 1453, 1459, 1471, 1481, 1483, 1487, 1489, 1493, 1499, 1511, 1523, 1531, 1543, 1549, 1553, 1559, 1567, 1571, 1579, 1583, 1597, 1601, 1607, 1609, 1613, 1619, 1621, 1627, 1637, 1657, 1663, 1667, 1669, 1693, 1697, 1699, 1709, 1721, 1723, 1733, 1741, 1747, 1753, 1759, 1777, 1783, 1787, 1789, 1801, 1811, 1823, 1831, 1847, 1861, 1867, 1871, 1873, 1877, 1879, 1889, 1901, 1907, 1913, 1931, 1933, 1949, 1951, 1973, 1979, 1987, 1993, 1997, 1999, 2003, 2011, 2017, 2027, 2029, 2039, 2053, 2063, 2069, 2081, 2083, 2087, 2089, 2099, 2111, 2113, 2129, 2131, 2137, 2141, 2143, 2153, 2161, 2179, 2203, 2207, 2213, 2221, 2237, 2239, 2243, 2251, 2267, 2269, 2273, 2281, 2287, 2293, 2297, 2309, 2311, 2333, 2339, 2341, 2347, 2351, 2357, 2371, 2377, 2381, 2383, 2389, 2393, 2399, 2411, 2417, 2423, 2437, 2441, 2447, 2459, 2467, 2473, 2477, 2503, 2521, 2531, 2539, 2543, 2549, 2551, 2557, 2579, 2591, 2593, 2609, 2617, 2621, 2633, 2647, 2657, 2659, 2663, 2671, 2677, 2683, 2687, 2689, 2693, 2699, 2707, 2711, 2713, 2719, 2729, 2731, 2741, 2749, 2753, 2767, 2777, 2789, 2791, 2797, 2801, 2803, 2819, 2833, 2837, 2843, 2851, 2857, 2861, 2879, 2887, 2897, 2903, 2909, 2917, 2927, 2939, 2953, 2957, 2963, 2969, 2971, 2999, 3001, 3011, 3019, 3023, 3037, 3041, 3049, 3061, 3067, 3079, 3083, 3089, 3109, 3119, 3121, 3137, 3163, 3167, 3169, 3181, 3187, 3191, 3203, 3209, 3217, 3221, 3229, 3251, 3253, 3257, 3259, 3271, 3299, 3301, 3307, 3313, 3319, 3323, 3329, 3331, 3343, 3347, 3359, 3361, 3371, 3373, 3389, 3391, 3407, 3413, 3433, 3449, 3457, 3461, 3463, 3467, 3469, 3491, 3499, 3511, 3517, 3527, 3529, 3533, 3539, 3541, 3547, 3557, 3559, 3571, 3581, 3583, 3593, 3607, 3613, 3617, 3623, 3631, 3637, 3643, 3659, 3671, 3673, 3677, 3691, 3697, 3701, 3709, 3719, 3727, 3733, 3739, 3761, 3767, 3769, 3779, 3793, 3797, 3803, 3821, 3823, 3833, 3847, 3851, 3853, 3863, 3877, 3881, 3889, 3907, 3911, 3917, 3919, 3923, 3929, 3931, 3943, 3947, 3967, 3989, 4001 }; /***************************************************************************