Microsoft CryptoAPI加密技术（一）

http://www.vckbase.com/index.php/wv/716.html

在这个信息爆炸的时代，我们不得不对信息的安全提高警惕。加密作为保障数据信息安全的一种方式，越来越受到人们的关注。
下面，我将把自己对Microsoft CryptoAPI的一些肤浅的理解与大家共享，有什么不妥之处望不吝赐教。

一、 加密方法：

当初，计算机的研究就是为了破解德国人的密码，人们并没有想到计算机给今天带来的信息革命。随着计算机的发展，运算能力的增强，密码学已经取得了巨大的进展。大体来说有以下几种形式。

1、 公用密钥加密技术

加密和解密使用不同的密钥，分别叫做“公钥”和“私钥”。顾名思义，“私钥”就是不能让别人知道的，而“公钥”就是可以公开的。这两个必须配对使用，用公钥加密的数据必须用与其对应的私钥才能解开。这种技术安全性高，得到广泛运用，但是效率太低。

2、 对称密钥加密技术

要求加密和解密过程使用相同的密钥，这样，密钥必须只能被加解密双方知道，否则就不安全。这种技术安全性不高，但是效率高。

3、 结合公用和对称密钥加密技术

公钥加密技术以速度为代价换取了高安全性，而对称加密以低安全换取高性能，所以另一种常见的加密方法就是结合以上两种技术。
用对称加密算法对数据进行加密，然后使用更安全的但效率更低的公钥加密算法对对称密钥进行加密。

4、 数字签名和鉴别

就是对已经加密的数据“签名”，这样接收者可以知道加密的数据的来源，以及是否被更改。

二、 CryptoAPI

微软的CryptoAPI是PKI推荐使用的加密 API。其功能是为应用程序开发者提供在Win32环境下使用加密、验证等安全服务时的标准加密接口。CryptoAPI处于应用程序和CSP（cryptographic service provider）之间（见图一）。

 

CryptoAPI的编程模型同Windows系统的图形设备接口 GDI比较类似，其中加密服务提供者CSP等同于图形设备驱动程序 ，加密硬件（可选）等同于图形硬件，其上层的应用程序也类似，都不需要同设备驱动程序和硬件直接打交道。

CryptoAPI共有五部分组成：简单消息函数（Simplified Message Functions）、低层消息函数（Low-level Message Functions）、基本加密函数（Base Cryptographic Functions）、证书编解码函数（Certificate Encode/Decode Functions）和证书库管理函数（Certificate Store Functions）。其中前三者可用于对敏感信息进行加密或签名处理，可保证网络传输信心的私有性；后两者通过对证书的使用，可保证网络信息交流中的认证性。

三、 CSP

看到这里，大家也许对CSP还比较迷惑。其实CSP是真正实行加密的独立模块，他既可以由软件实现也可以由硬件实现。但是他必须符合CryptoAPI接口的规范。

每个CSP都有一个名字和一个类型。每个CSP的名字是唯一的，这样便于CryptoAPI找到对应的CSP。目前已经有9种CSP类型，并且还在增长。下表列出出它们支持的密钥交换算法、签名算法、对称加密算法和Hash算法。

(表一)

CSP类型	交换算法	签名算法	对称加密算法	Hash算法
PROV_RSA_FULL	RSA	RSA	RC2 RC4	MD5 SHA
PROV_RSA_SIG	none	RSA	none	MD5 SHA
PROV_RSA_SCHANNEL	RSA	RSA	RC4 DES Triple DES	MD5 SHA
PROV_DSS	DSS	none	DSS	MD5 SHA
PROV_DSS_DH	DH	DSS	CYLINK_MEK	MD5 SHA
PROV_DH_SCHANNEL	DH	DSS	DES Triple DES	MD5 SHA
PROV_FORTEZZA	KEA	DSS	Skipjack	SHA
PROV_MS_EXCHANGE	RSA	RSA	CAST	MD5
PROV_SSL	RSA	RSA	Varies	Varies

从图一可以看到，每个CSP有一个密钥库，密钥库用于存储密钥。而每个密钥库包括一个或多个密钥容器（Key Containers）。每个密钥容器中含属于一个特定用户的所有密钥对。每个密钥容器被赋予一个唯一的名字。在销毁密钥容器前CSP将永久保存每一个密钥容器，包括保存每个密钥容器中的公/私钥对（见图二）。

四、 创建密钥容器，得到CSP句柄

说了这么多只是一些理论性的东西，后面将详细介绍一下Microsoft CryptoAPI的使用方法。

我们已经提过，每一个CSP都有一个名字和一个类型，并且名字保证唯一。所以可以通过名字和类型得到一个CSP。然而，要想加密肯定需要密钥，那么密钥放哪里呢？对了，就放在密钥容器。（有人会问，密码库有什么用？其实密钥库是在安装CSP的时候已经存在了，他与CSP是相对应的。）但是密钥容器并不是一开始就存在的，需要用户去创建。下面的代码实现以上功能（得到CSP即密码容器）。

view source print? 01.if(CryptAcquireContext( 02.&hCryptProv,               // 返回CSP句柄 03.UserName,                  // 密码容器名 04.NULL,                      // NULL时使用默认CSP名（微软RSA Base Provider） 05.PROV_RSA_FULL,             // CSP类型 06.0))                        // Flag values 07.{ 08.//以UserName为名的密钥容器存在，那么我们已经得到了CSP的句柄 09.    printf("A crypto context with the %s key container \n", UserName); 10.    printf("has been acquired.\n\n"); 11.} 12.else //如果密钥容器不存在，我们需要创建这个密钥容器 13.{  14.   if(CryptAcquireContext( 15.      &hCryptProv,  16.      UserName,  17.      NULL,  18.      PROV_RSA_FULL,  19.      CRYPT_NEWKEYSET)) //创建以UserName为名的密钥容器 20.   { 21.    //创建密钥容器成功，并得到CSP句柄 22.      printf("A new key container has been created.\n"); 23.   } 24.   else 25.   { 26.      HandleError("Could not create a new key container.\n"); 27.    } 28.} // End of else

好了，我们已经创建了密钥容器，并得到了CSP的句柄。也可以这样理解，我们得到了一个CSP的句柄，并且它被绑定到以UserName为名的密钥容器上。嘿嘿……

那么，以后的加解密等操作，都将在这个CSP上进行。

可以如下删除密钥容器。

CryptAcquireContext(&hCryptProv, userName, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_DELETEKEYSET);

五、 一个文件加密的例子

看到这里肯定有人开始说了，“这么多废话，还不快讲怎么加密怎么解密！”您先别急，有些原理性的东西还是先了解了比较好，对以后的使用会有很大帮助。

言归正传，我们来看一段文件加密的代码。

view source print? 001.#include < stdio.h > 002.#include < windows.h > 003.#include < wincrypt.h > 004.#define MY_ENCODING_TYPE  (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING) 005.#define KEYLENGTH  0x00800000 006.void HandleError(char *s); 007.   008.//-------------------------------------------------------------------- 009.//  These additional #define statements are required. 010.#define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC4  011.#define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8  012.   013.//   Declare the function EncryptFile. The function definition 014.//   follows main. 015.   016.BOOL EncryptFile( 017.                 PCHAR szSource,  018.                 PCHAR szDestination,  019.                 PCHAR szPassword);  020.   021.//-------------------------------------------------------------------- 022.//   Begin main. 023.   024.void main(void)  025.{  026.    CHAR szSource[100];  027.    CHAR szDestination[100];  028.    CHAR szPassword[100];  029.       030.       031.    printf("Encrypt a file. \n\n"); 032.    printf("Enter the name of the file to be encrypted: "); 033.    scanf("%s",szSource); 034.    printf("Enter the name of the output file: "); 035.    scanf("%s",szDestination); 036.    printf("Enter the password:"); 037.    scanf("%s",szPassword); 038.       039.    //-------------------------------------------------------------------- 040.    // Call EncryptFile to do the actual encryption. 041.       042.    if(EncryptFile(szSource, szDestination, szPassword)) 043.    { 044.        printf("Encryption of the file %s was a success. \n", szSource); 045.        printf("The encrypted data is in file %s.\n",szDestination); 046.    } 047.    else 048.    { 049.        HandleError("Error encrypting file!");  050.    }  051.} // End of main 052.   053.//-------------------------------------------------------------------- 054.//   Code for the function EncryptFile called by main. 055.   056.static BOOL EncryptFile( 057.                        PCHAR szSource,  058.                        PCHAR szDestination,  059.                        PCHAR szPassword) 060.                        //-------------------------------------------------------------------- 061.                        //   Parameters passed are: 062.                        //     szSource, the name of the input, a plaintext file. 063.                        //     szDestination, the name of the output, an encrypted file to be  064.                        //         created. 065.                        //     szPassword, the password. 066.{  067.    //-------------------------------------------------------------------- 068.    //   Declare and initialize local variables. 069.       070.    FILE *hSource;  071.    FILE *hDestination;  072.       073.    HCRYPTPROV hCryptProv;  074.    HCRYPTKEY hKey;  075.    HCRYPTHASH hHash;  076.           077.    PBYTE pbBuffer;  078.    DWORD dwBlockLen;  079.    DWORD dwBufferLen;  080.    DWORD dwCount;  081.       082.    //-------------------------------------------------------------------- 083.    // Open source file.  084.    if(hSource = fopen(szSource,"rb")) 085.    { 086.        printf("The source plaintext file, %s, is open. \n", szSource); 087.    } 088.    else 089.    {  090.        HandleError("Error opening source plaintext file!"); 091.    }  092.   093.    //-------------------------------------------------------------------- 094.    // Open destination file.  095.    if(hDestination = fopen(szDestination,"wb")) 096.    { 097.        printf("Destination file %s is open. \n", szDestination); 098.    } 099.    else 100.    { 101.        HandleError("Error opening destination ciphertext file!");  102.    } 103.   104.    //以下获得一个CSP句柄 105.    if(CryptAcquireContext( 106.        &hCryptProv,  107.        NULL,               //NULL表示使用默认密钥容器，默认密钥容器名 108.//为用户登陆名 109.        NULL,  110.        PROV_RSA_FULL,  111.        0)) 112.    { 113.        printf("A cryptographic provider has been acquired. \n"); 114.    } 115.    else 116.    { 117.        if(CryptAcquireContext( 118.            &hCryptProv,  119.            NULL,  120.            NULL,  121.            PROV_RSA_FULL,  122.            CRYPT_NEWKEYSET))//创建密钥容器 123.        { 124.            //创建密钥容器成功，并得到CSP句柄 125.            printf("A new key container has been created.\n"); 126.        } 127.        else 128.        { 129.            HandleError("Could not create a new key container.\n"); 130.        } 131.           132.    } 133.   134.    //-------------------------------------------------------------------- 135.    // 创建一个会话密钥（session key） 136.    // 会话密钥也叫对称密钥，用于对称加密算法。 137.    // （注: 一个Session是指从调用函数CryptAcquireContext到调用函数 138.    //   CryptReleaseContext 期间的阶段。会话密钥只能存在于一个会话过程） 139.   140.    //-------------------------------------------------------------------- 141.    // Create a hash object.  142.    if(CryptCreateHash( 143.        hCryptProv,  144.        CALG_MD5,  145.        0,  146.        0,  147.        &hHash)) 148.    { 149.        printf("A hash object has been created. \n"); 150.    } 151.    else 152.    {  153.        HandleError("Error during CryptCreateHash!\n"); 154.    }   155.   156.    //-------------------------------------------------------------------- 157.    // 用输入的密码产生一个散列 158.    if(CryptHashData( 159.        hHash,  160.        (BYTE *)szPassword,  161.        strlen(szPassword),  162.        0)) 163.    { 164.        printf("The password has been added to the hash. \n"); 165.    } 166.    else 167.    { 168.        HandleError("Error during CryptHashData. \n");  169.    } 170.   171.    //-------------------------------------------------------------------- 172.    // 通过散列生成会话密钥 173.    if(CryptDeriveKey( 174.        hCryptProv,  175.        ENCRYPT_ALGORITHM,  176.        hHash,  177.        KEYLENGTH,  178.        &hKey)) 179.    { 180.        printf("An encryption key is derived from the password hash. \n");  181.    } 182.    else 183.    { 184.        HandleError("Error during CryptDeriveKey!\n");  185.    } 186.    //-------------------------------------------------------------------- 187.    // Destroy the hash object.  188.       189.    CryptDestroyHash(hHash);  190.    hHash = NULL;  191.       192.    //-------------------------------------------------------------------- 193.    //  The session key is now ready.  194.       195.    //-------------------------------------------------------------------- 196.    // 因为加密算法是按ENCRYPT_BLOCK_SIZE 大小的块加密的，所以被加密的 197.// 数据长度必须是ENCRYPT_BLOCK_SIZE 的整数倍。下面计算一次加密的 198.// 数据长度。 199.   200.    dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE;  201.       202.    //-------------------------------------------------------------------- 203.    // Determine the block size. If a block cipher is used,  204.    // it must have room for an extra block.  205.       206.    if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE > 1)  207.        dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE;  208.    else  209.        dwBufferLen = dwBlockLen;  210.       211.    //-------------------------------------------------------------------- 212.    // Allocate memory.  213.    if(pbBuffer = (BYTE *)malloc(dwBufferLen)) 214.    { 215.        printf("Memory has been allocated for the buffer. \n"); 216.    } 217.    else 218.    {  219.        HandleError("Out of memory. \n");  220.    } 221.    //-------------------------------------------------------------------- 222.    // In a do loop, encrypt the source file and write to the source file.  223.       224.    do  225.    {  226.           227.        //-------------------------------------------------------------------- 228.        // Read up to dwBlockLen bytes from the source file.  229.        dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource);  230.        if(ferror(hSource)) 231.        {  232.            HandleError("Error reading plaintext!\n"); 233.        } 234.           235.        //-------------------------------------------------------------------- 236.        // 加密数据 237.        if(!CryptEncrypt( 238.            hKey,           //密钥 239.            0,              //如果数据同时进行散列和加密，这里传入一个 240.//散列对象 241.            feof(hSource),  //如果是最后一个被加密的块，输入TRUE.如果不是输. 242.                            //入FALSE这里通过判断是否到文件尾来决定是否为 243.//最后一块。 244.            0,              //保留 245.            pbBuffer,       //输入被加密数据，输出加密后的数据 246.            &dwCount,       //输入被加密数据实际长度，输出加密后数据长度 247.            dwBufferLen))   //pbBuffer的大小。 248.        {  249.            HandleError("Error during CryptEncrypt. \n");  250.        }  251.           252.        //-------------------------------------------------------------------- 253.        // Write data to the destination file.  254.           255.        fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination);  256.        if(ferror(hDestination)) 257.        {  258.            HandleError("Error writing ciphertext."); 259.        } 260.           261.    }  262.    while(!feof(hSource));  263.    //-------------------------------------------------------------------- 264.    //  End the do loop when the last block of the source file has been 265.    //  read, encrypted, and written to the destination file. 266.       267.    //-------------------------------------------------------------------- 268.    // Close files. 269.       270.    if(hSource)  271.        fclose(hSource);  272.    if(hDestination)  273.        fclose(hDestination);  274.       275.    //-------------------------------------------------------------------- 276.    // Free memory.  277.       278.    if(pbBuffer)  279.        free(pbBuffer);  280.       281.    //-------------------------------------------------------------------- 282.    // Destroy session key.  283.       284.    if(hKey)  285.        CryptDestroyKey(hKey);  286.       287.    //-------------------------------------------------------------------- 288.    // Destroy hash object.  289.       290.    if(hHash)  291.        CryptDestroyHash(hHash);  292.       293.    //-------------------------------------------------------------------- 294.    // Release provider handle.  295.       296.    if(hCryptProv)  297.        CryptReleaseContext(hCryptProv, 0); 298.    return(TRUE);  299.} // End of Encryptfile 300.   301.//-------------------------------------------------------------------- 302.//  This example uses the function HandleError, a simple error 303.//  handling function, to print an error message to the standard error  304.//  (stderr) file and exit the program.  305.//  For most applications, replace this function with one  306.//  that does more extensive error reporting. 307.   308.void HandleError(char *s) 309.{ 310.    fprintf(stderr,"An error occurred in running the program. \n"); 311.    fprintf(stderr,"%s\n",s); 312.    fprintf(stderr, "Error number %x.\n", GetLastError()); 313.    fprintf(stderr, "Program terminating. \n"); 314.    exit(1); 315.} // End of HandleError

上面的代码来自MSDN，并作了修改。注释已经很详细了，这里就不赘述了，解密与加密大同小异，大家可以自己看代码。

这次先写这么多，也许很多人觉得我写这些大家都知道，并且也太简单了。不要急慢慢来，嘿嘿：）接下来会有一些比较深入和实用的技术。

参考：

MSDN相关章节。

（注：如果代码编译不过，加入宏定义：_WIN32_WINNT=0x0400）

 

 

总结

以上是生活随笔为你收集整理的Microsoft CryptoAPI加密技术（一）的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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