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openssl源码分析.doc
第一章基础知识
1.1对称算法
1.2摘要算法
1.3公钥算法
1.4回调函数
第二章openssl简介
2.1openssl简介
2.2openssl安装
2.2.1linux下的安装
2.2.2windows编译与安装
2.3openssl源代码
2.4openssl学习方法
第三章堆栈
3.1openssl堆栈
3.2数据结构
3.3源码
3.4定义用户自己的堆栈函数
3.5编程示例
第四章哈希表
4.1哈希表
4.2哈希表数据结构
4.3函数说明
4.4编程示例
第五章内存分配
5.1openssl内存分配
5.2内存数据结构
5.3主要函数
5.4编程示例
第六章动态模块加载
6.1动态库加载
6.2DSO概述
6.3数据结构
6.4编程示例
第七章抽象IO
7.1openssl抽象IO
7.2数据结构
7.3BIO 函数
7.4编程示例
7.4.1mem bio
7.4.2file bio
7.4.3socket bio
7.4.4md BIO
7.4.5cipher BIO
7.4.6ssl BIO
7.4.7其他示例
第八章配置文件
8.1概述
8.2openssl配置文件读取
8.3主要函数
8.4编程示例
第九章随机数
9.1随机数
9.2openssl随机数数据结构与源码
9.3主要函数
9.4编程示例
第十章文本数据库
10.1概述
10.2数据结构
10.3函数说明
10.4编程示例
第十一章大数
11.1介绍
11.2openssl大数表示
11.3大数函数
11.4使用示例
第十二章BASE64编解码
12.1BASE64编码介绍
12.2BASE64编解码原理
12.3主要函数
12.4编程示例
第十三章ASN1库
13.1ASN1简介
13.2DER编码
13.3ASN1基本类型示例
13.4openssl 的ASN.1库
13.5用openssl的ASN.1库DER编解码
13.6Openssl的ASN.1宏
13.7ASN1常用函数
13.8属性证书编码
第十四章错误处理
14.1概述
14.2数据结构
14.3主要函数
14.4编程示例
第十五章摘要与HMAC
15.1概述
15.2openssl摘要实现
15.3函数说明
15.4编程示例
15.5HMAC
第十六章数据压缩
16.1简介
16.2数据结构
16.3函数说明
16.4openssl中压缩算法协商
16.5编程示例
第十七章RSA
17.1 RSA介绍
17.2openssl的RSA实现
17.3RSA签名与验证过程
17.4数据结构
17.4.1 RSA_METHOD
17.4.2RSA
17.5主要函数
17.6编程示例
17.6.1密钥生成
17.6.2RSA加解密运算
17.6.3签名与验证
第十八章DSA
18.1 DSA简介
18.2openssl的DSA实现
18.3DSA数据结构
18.4主要函数
18.5编程示例
18.5.1密钥生成
18.5.2签名与验证
第十九章DH
19.1DH算法介绍
19.2openssl的DH实现
19.3数据结构
19.4主要函数
19.5编程示例
第二十章椭圆曲线
20.1ECC介绍
20.2openssl的ECC实现
20.3主要函数
20.3.1参数设置
20.3.2参数获取
20.3.3转化函数
20.3.4其他函数
20.4编程示例
第二十一章EVP
21.1 EVP简介
21.2 数据结构
21.2.1EVP_PKEY
21.2.2EVP_MD
21.2.3EVP_CIPHER
21.2.4EVP_CIPHER_CTX
21.3 源码结构
21.4 摘要函数
21.5 对称加解密函数
21.6 非对称函数
21.7BASE64编解码函数
21.8其他函数
21.9 对称加密过程
21.10编程示例
第二十二章PEM格式
22.1PEM概述
22.2openssl的PEM实现
22.3PEM函数
22.4编程示例
第二十三章Engine
23.1Engine概述
23.2Engine支持的原理
23.3Engine数据结构
23.4openssl 的Engine源码
23.5Engine函数
23.6实现Engine示例
第二十四章通用数据结构
24.1通用数据结构
24.2X509_ALGOR
24.3X509_VAL
24.4X509_SIG
24.5X509_NAME_ENTRY
24.6X509_NAME
24.7X509_EXTENSION
24.8X509_ATTRIBUTE
24.9GENERAL_NAME
第二十五章证书申请
25.1证书申请介绍
25.2数据结构
25.3主要函数
25.4编程示例
25.4.1生成证书请求文件
25.4.2解码证书请求文件
第二十六章X509数字证书
26.1X509数字证书
26.2opessl实现
26.3X509数据结构
26.4X509_TRUST与X509_CERT_AUX
26.5X509_PURPOSE
26.6主要函数
26.7证书验证
26.7.1证书验证项
26.7.2Openssl中的证书验证
第二十七章OCSP
27.1概述
27.2openssl实现
27.3主要函数
27.4编程示例
第二十八章CRL
28.1CRL介绍
28.2数据结构
28.3CRL函数
28.4编程示例
第二十九章PKCS7
29.1概述
29.2数据结构
29.3函数
29.4消息编解码
29.4.1data
29.4.2signed data
29.4.3enveloped
29.4.4signed_and_enveloped
29.4.5digest
29.4.6encrypted
29.4.7读取PEM
29.4.8解码pkcs7
第三十章PKCS12
30.1概述
30.2openss实现
30.3数据结构
30.4函数
30.5编程示例
第三十一章SSL实现
31.1概述
31.2openssl实现
31.3建立SSL测试环境
31.4数据结构
31.5加密套件
31.6密钥信息
31.7SESSION
31.8多线程支持
31.9编程示例
31.10函数
第三十二章Openssl命令
32.1概述
32.2asn1parse
32.3dgst
32.4gendh
32.5passwd
32.6rand
32.7genrsa
32.8req
32.9x509
32.10version
32.11speed
32.12 sess_id
32.13s_server
32.14 s_client
32.15rsa
32.16pkcs7
32.17dsaparam
32.18gendsa
32.19enc
32.20ciphers
32.21CA
32.22verify
32.23rsatul
32.24 crl
32.25 crl2pkcs7
32.26 errstr
32.27 ocsp
32.28pkcs12
32.29 pkcs8
32.30s_time
32.31 dhparam和dh
32.32 ecparam
32.33ec
32.34 dsa
32.35nseq
32.36prime
32.37smime
Openssl 编程
Openssl 编程
赵春平 著
Email: forxy@126.com
Openssl 编程
第一章
第二章
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
基础知识 ........................................................................................................................ 8
1.1 对称算法 ........................................................................................................................ 8
1.2 摘要算法 ........................................................................................................................ 9
1.3 公钥算法 ........................................................................................................................ 9
1.4 回调函数 ...................................................................................................................... 11
openssl 简介................................................................................................................. 13
openssl 简介................................................................................................................. 13
openssl 安装................................................................................................................. 13
linux 下的安装.................................................................................................13
windows 编译与安装 ...................................................................................... 14
2.3
openssl 源代码............................................................................................................. 14
2.4
openssl 学习方法......................................................................................................... 16
堆栈 .............................................................................................................................. 17
第三章
3.1
openssl 堆栈................................................................................................................. 17
3.2 数据结构 ...................................................................................................................... 17
3.3 源码 .............................................................................................................................. 18
3.4 定义用户自己的堆栈函数 ..........................................................................................18
3.5 编程示例 ...................................................................................................................... 19
哈希表 .......................................................................................................................... 21
4.1 哈希表 .......................................................................................................................... 21
4.2 哈希表数据结构 ..........................................................................................................21
4.3 函数说明 ...................................................................................................................... 23
4.4 编程示例 ...................................................................................................................... 25
内存分配 ...................................................................................................................... 27
第五章
5.1
openssl 内存分配......................................................................................................... 27
5.2 内存数据结构 .............................................................................................................. 27
5.3 主要函数 ...................................................................................................................... 28
5.4 编程示例 ...................................................................................................................... 29
动态模块加载 .............................................................................................................. 30
6.1 动态库加载 .................................................................................................................. 30
6.2
DSO 概述 ..................................................................................................................... 30
6.3 数据结构 ...................................................................................................................... 31
6.4 编程示例 ...................................................................................................................... 32
抽象 IO.........................................................................................................................34
第七章
7.1
openssl 抽象 IO ............................................................................................................34
7.2 数据结构 ...................................................................................................................... 34
7.3
BIO 函数..................................................................................................................... 36
7.4 编程示例 ...................................................................................................................... 36
mem bio............................................................................................................36
file bio...............................................................................................................37
socket bio..........................................................................................................38
md BIO ............................................................................................................. 39
cipher BIO ........................................................................................................ 40
ssl BIO..............................................................................................................41
7.4.1
7.4.2
7.4.3
7.4.4
7.4.5
7.4.6
第四章
第六章
2
Openssl 编程
7.4.7
第八章
第九章
第十章
10.1
10.2
10.3
10.4
第十一章
第十二章
其他示例 ..........................................................................................................42
配置文件 ...................................................................................................................... 43
8.1 概述 .............................................................................................................................. 43
8.2
openssl 配置文件读取.................................................................................................43
8.3 主要函数 ...................................................................................................................... 44
8.4 编程示例 ...................................................................................................................... 44
随机数 .......................................................................................................................... 46
9.1 随机数 .......................................................................................................................... 46
9.2
openssl 随机数数据结构与源码.................................................................................46
9.3 主要函数 ...................................................................................................................... 48
9.4 编程示例 ...................................................................................................................... 48
文本数据库 .................................................................................................................. 50
概述 .......................................................................................................................... 50
数据结构 .................................................................................................................. 51
函数说明 .................................................................................................................. 51
编程示例 .................................................................................................................. 52
大数 .......................................................................................................................... 54
11.1 介绍 .............................................................................................................................. 54
11.2
openssl 大数表示......................................................................................................... 54
11.3 大数函数 ...................................................................................................................... 55
11.4 使用示例 ...................................................................................................................... 58
BASE64 编解码.......................................................................................................64
12.1 BASE64 编码介绍 .......................................................................................................64
12.2 BASE64 编解码原理 ...................................................................................................64
主要函数 .................................................................................................................. 65
12.3
12.4
编程示例 .................................................................................................................. 66
ASN1 库 ................................................................................................................... 68
第十三章
13.1 ASN1 简介 ................................................................................................................... 68
13.2 DER 编码 ..................................................................................................................... 70
13.3 ASN1 基本类型示例 ...................................................................................................70
openssl 的 ASN.1 库 ...................................................................................................73
13.4
13.5
用 openssl 的 ASN.1 库 DER 编解码.....................................................................74
13.6 Openssl 的 ASN.1 宏................................................................................................... 74
13.7 ASN1 常用函数 ...........................................................................................................75
13.8 属性证书编码 ............................................................................................................ 89
错误处理 .................................................................................................................. 93
概述 .......................................................................................................................... 93
数据结构 .................................................................................................................. 93
主要函数 .................................................................................................................. 95
编程示例 .................................................................................................................. 97
摘要与 HMAC.......................................................................................................100
概述 ........................................................................................................................ 100
openssl 摘要实现.......................................................................................................100
函数说明 ................................................................................................................ 101
第十四章
14.1
14.2
14.3
14.4
第十五章
15.1
15.2
15.3
3
Openssl 编程
第十六章
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
第十七章
15.4
编程示例 ................................................................................................................ 101
15.5 HMAC ........................................................................................................................ 103
数据压缩 ................................................................................................................ 104
简介 ................................................................................................................................ 104
数据结构 ................................................................................................................ 104
函数说明 ................................................................................................................ 105
openssl 中压缩算法协商...........................................................................................106
编程示例 ................................................................................................................ 106
RSA........................................................................................................................ 107
17.1 RSA 介绍 .................................................................................................................... 107
17.2
openssl 的 RSA 实现 ................................................................................................. 107
17.3 RSA 签名与验证过程............................................................................................... 108
17.4
数据结构 ................................................................................................................ 109
17.4.1 RSA_METHOD ..................................................................................................109
RSA................................................................................................................ 110
17.4.2
17.5
主要函数 ................................................................................................................ 110
17.6 编程示例 ........................................................................................................................ 112
17.6.1 密钥生成 ............................................................................................................. 112
17.6.2
RSA 加解密运算........................................................................................... 113
17.6.3 签名与验证 ......................................................................................................... 116
DSA ........................................................................................................................ 119
第十八章
DSA 简介............................................................................................................... 119
18.1
openssl 的 DSA 实现 .................................................................................................120
18.2
18.3 DSA 数据结构 ...........................................................................................................120
主要函数 ................................................................................................................ 121
18.4
18.5
编程示例 ................................................................................................................ 122
18.5.1 密钥生成 ............................................................................................................. 122
18.5.2 签名与验证 .........................................................................................................124
第十九章 DH..................................................................................................................................126
19.1 DH 算法介绍 ............................................................................................................. 126
19.2
openssl 的 DH 实现 ................................................................................................... 127
19.3 数据结构 ........................................................................................................................ 127
19.4
主要函数 ................................................................................................................ 128
编程示例 ................................................................................................................ 129
19.5
椭圆曲线 ................................................................................................................ 132
第二十章
ECC 介绍 ................................................................................................................... 132
20.1
openssl 的 ECC 实现 ................................................................................................. 133
20.2
20.3
主要函数 ................................................................................................................ 134
20.3.1 参数设置 ............................................................................................................. 134
20.3.2 参数获取 ............................................................................................................. 135
20.3.3 转化函数 ............................................................................................................. 136
20.3.4 其他函数 ............................................................................................................. 137
编程示例 ................................................................................................................ 139
EVP.....................................................................................................................143
20.4
第二十一章
4
Openssl 编程
第二十二章
22.1
22.2
22.3
22.4
第二十三章
第二十四章
21.2.1
21.2.2
21.2.3
21.2.4
21.1 EVP 简介 ........................................................................................................................143
21.2 数据结构....................................................................................................................... 143
EVP_PKEY....................................................................................................143
EVP_MD ........................................................................................................144
EVP_CIPHER ................................................................................................ 145
EVP_CIPHER_CTX ......................................................................................146
21.3 源码结构....................................................................................................................... 146
21.4 摘要函数....................................................................................................................... 147
21.5 对称加解密函数...........................................................................................................147
21.6 非对称函数................................................................................................................... 148
21.7 BASE64 编解码函数 .................................................................................................149
21.8 其他函数 ........................................................................................................................ 149
21.9 对称加密过程 ............................................................................................................. 151
21.10 编程示例 ................................................................................................................ 152
PEM 格式 ...........................................................................................................159
PEM 概述 ...................................................................................................................159
openssl 的 PEM 实现 .................................................................................................159
PEM 函数 ...................................................................................................................160
编程示例 ................................................................................................................ 161
Engine.................................................................................................................165
Engine 概述 ................................................................................................................165
Engine 支持的原理....................................................................................................165
Engine 数据结构 ........................................................................................................165
openssl 的 Engine 源码 .............................................................................................166
Engine 函数 ................................................................................................................167
实现 Engine 示例 ...................................................................................................168
通用数据结构 ....................................................................................................182
24.1 通用数据结构 ................................................................................................................ 182
24.2 X509_ALGOR........................................................................................................... 182
24.3 X509_VAL..................................................................................................................183
24.4 X509_SIG ...................................................................................................................185
24.5 X509_NAME_ENTRY.............................................................................................. 186
24.6 X509_NAME ............................................................................................................. 186
24.7 X509_EXTENSION ...................................................................................................192
24.8 X509_ATTRIBUTE................................................................................................... 198
24.9 GENERAL_NAME ....................................................................................................199
证书申请 ............................................................................................................ 203
证书申请介绍 ........................................................................................................203
数据结构 ................................................................................................................ 203
主要函数 ................................................................................................................ 204
编程示例 ................................................................................................................ 206
25.4.1 生成证书请求文件 .............................................................................................206
25.4.2 解码证书请求文件 ........................................................................................208
X509 数字证书 ..................................................................................................210
23.1
23.2
23.3
23.4
23.5
23.6
25.1
25.2
25.3
25.4
第二十五章
第二十六章
5
Openssl 编程
第二十七章
第二十八章
第二十九章
26.1 X509 数字证书 .......................................................................................................... 210
26.2
opessl 实现 ................................................................................................................. 210
26.3 X509 数据结构 .......................................................................................................... 210
26.4 X509_TRUST 与 X509_CERT_AUX.......................................................................213
26.5 X509_PURPOSE ........................................................................................................215
主要函数 ................................................................................................................ 218
26.6
26.7
证书验证 ................................................................................................................ 221
26.7.1 证书验证项 .........................................................................................................221
Openssl 中的证书验证 ..................................................................................221
26.7.2
OCSP.................................................................................................................. 222
概述 ........................................................................................................................ 222
27.1
openssl 实现............................................................................................................... 222
27.2
27.3
主要函数 ................................................................................................................ 222
27.4 编程示例 ........................................................................................................................ 227
CRL .................................................................................................................... 228
28.1 CRL 介绍 ................................................................................................................... 228
28.2
数据结构 ................................................................................................................ 228
28.3 CRL 函数 ................................................................................................................... 229
编程示例 ................................................................................................................ 230
28.4
PKCS7 ................................................................................................................ 233
29.1 概述 ................................................................................................................................ 233
数据结构 ................................................................................................................ 233
29.2
29.3
函数 ........................................................................................................................ 234
29.4 消息编解码 ..............................................................................................................234
29.4.1
data............................................................................................................... 235
29.4.2
signed data....................................................................................................235
29.4.3
enveloped......................................................................................................236
29.4.4
signed_and_enveloped................................................................................. 237
29.4.5
digest.............................................................................................................238
29.4.6
encrypted...................................................................................................... 238
29.4.7 读取 PEM.......................................................................................................239
29.4.8 解码 pkcs7......................................................................................................240
PKCS12................................................................................................................ 241
第三十章
概述 ........................................................................................................................ 241
30.1
30.2
openss 实现 ................................................................................................................ 241
30.3 数据结构 ........................................................................................................................ 241
30.4 函数 ................................................................................................................................ 242
编程示例 ................................................................................................................ 244
30.5
SSL 实现 ............................................................................................................ 254
31.1 概述 ................................................................................................................................ 254
openssl 实现............................................................................................................... 254
31.2
31.3
建立 SSL 测试环境 ...............................................................................................254
数据结构 ................................................................................................................ 255
31.4
31.5
加密套件 ................................................................................................................ 256
第三十一章
6
Openssl 编程
第三十二章
密钥信息 ................................................................................................................ 257
31.6
SESSION ....................................................................................................................257
31.7
多线程支持............................................................................................................ 258
31.8
编程示例 ................................................................................................................ 258
31.9
31.10 函数 ........................................................................................................................ 269
Openssl 命令 ...................................................................................................... 272
32.1 概述 ................................................................................................................................ 272
asn1parse.................................................................................................................... 272
32.2
dgst ..............................................................................................................................274
32.3
32.4
gendh.......................................................................................................................... 275
passwd........................................................................................................................ 275
32.5
rand............................................................................................................................. 276
32.6
genrsa ..........................................................................................................................277
32.7
32.8
req............................................................................................................................... 277
x509............................................................................................................................ 280
32.9
version.................................................................................................................... 283
32.10
32.11
speed.......................................................................................................................283
sess_id...................................................................................................................284
32.12
s_server.................................................................................................................284
32.13
32.14
s_client..................................................................................................................286
rsa..........................................................................................................................288
32.15
pkcs7.....................................................................................................................289
32.16
32.17
dsaparam...............................................................................................................289
gendsa...................................................................................................................290
32.18
enc.........................................................................................................................291
32.19
32.20
ciphers...................................................................................................................292
CA.........................................................................................................................292
32.21
verify.....................................................................................................................296
32.22
rsatul..................................................................................................................... 297
32.23
32.24
crl............................................................................................................................298
crl2pkcs7.............................................................................................................299
32.25
32.26
errstr ....................................................................................................................300
32.27 ocsp...............................................................................................................................300
pkcs12...................................................................................................................303
32.28
pkcs8.....................................................................................................................305
32.29
32.30
s_time................................................................................................................... 306
32.31 dhparam 和 dh.............................................................................................................. 307
ecparam...................................................................................................................309
32.32
32.33
ec...........................................................................................................................310
dsa.........................................................................................................................311
32.34
nseq.......................................................................................................................312
32.35
32.36
prime.....................................................................................................................312
smime................................................................................................................... 313
32.37
7
Openssl 编程
第一章 基础知识
1.1 对称算法
对称算法使用一个密钥。给定一个明文和一个密钥，加密产生密文，其长度和明文大致
相同。解密时，使用读密钥与加密密钥相同。
对称算法主要有四种加密模式：
(1) 电子密码本模式 Electronic Code Book(ECB)
这种模式是最早采用和最简单的模式，它将加密的数据分成若干组，每组的大小跟加密
密钥长度相同，然后每组都用相同的密钥进行加密。
其缺点是：电子编码薄模式用一个密钥加密消息的所有块，如果原消息中重复明文
块，则加密消息中的相应密文块也会重复，因此，电子编码薄模式适于加密小消息。
（2）加密块链模式 Cipher Block Chaining(CBC)
CBC 模式的加密首先也是将明文分成固定长度的块，然后将前面一个加密块输出
的密文与下一个要加密的明文块进行异或操作，将计算结果再用密钥进行加密得到密
文。第一明文块加密的时候，因为前面没有加密的密文，所以需要一个初始化向量。跟
ECB 方式不一样，通过连接关系，使得密文跟明文不再是一一对应的关系，破解起来
更困难，而且克服了只要简单调换密文块可能达到目的的攻击。
（3）加密反馈模式
Cipher Feedback Mode(CFB)
面向字符的应用程序的加密要使用流加密法，可以使用加密反馈模式。在此模式下，
数据用更小的单元加密，如可以是 8 位，这个长度小于定义的块长（通常是 64 位）。其
加密步骤是：
a） 使用 64 位的初始化向量。初始化向量放在移位寄存器中，在第一步加密，产
生相应的 64 位初始化密文；
b) 始化向量最左边的 8 位与明文前 8 位进行异或运算，产生密文第一部分（假设
为 c），然后将 c 传输到接收方；
c) 向量的位（即初始化向量所在的移位寄存器内容）左移 8 位，使移位寄存器最
右边的 8 位为不可预测的数据，在其中填入 c 的内容；
d) 第 1-3 步，直到加密所有的明文单元。
解密过程相反
4）输出反馈模式
Output Feedback Mode(OFB)
输出反馈模式与 CFB 相似，惟一差别是，CFB 中密文填入加密过程下一阶段，而
在 OFB 中，初始化向量加密过程的输入填入加密过程下一阶段。
8
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