OPENSSL RSA 与JAVA C++ RSA 生成 公钥 私钥

客户端和服务端通信一般可能会采用非对称加密，这样服务端私钥加密，客服端解密，客户端加密，服务端解密。

服务端采用JAVA，这个很方便，客户端因为是多平台，采用OPENSSL

可能会遇到的问题：

1.HTTPS,OPENSSL编译；这个我会传一个包。

2.密钥 读取（公钥，私钥 肯定是服务端来生成）；

3.解密（如密文过长）

 密钥读取：

 openssl 有固定格式要求

（1）公钥字符串开头要加上“-----BEGIN PUBLIC KEY-----\n”，结尾加上“\n-----END PUBLIC KEY-----\n”。否则会出现error:0906D06C:PEM routines:PEM_read_bio:no start line

（2）公钥字符串每隔64个字符要加一个换行，否则会报秘钥格式错误。

样例：

-----BEGIN PUBLIC KEY-----
....BASE64 编码 64字节回车
-----END PUBLIC KEY-----


-----BEGIN PRIVATE KEY-----
....BASE64 编码  64字节回车
-----END PRIVATE KEY-----
例：
-----BEGIN PRIVATE KEY-----
MIIEvQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBKcwggSjAgEAAoIBAQC0HJjz4a3BVvYc
qun507VjRRbj/lpGNQjrmfLB53FvAD+KPH1j1SNSJmTPt6wIuFYzztpOw6zenz2r
2UoYsYlu29ERAQsrFV14wEgkXzC//b7qC/+z34hUSBAY5mZzeo7pff5bgyScOsng
NTCydymSSGak+Rc1QN3kYFw=
-----END PRIVATE KEY-----

读取密钥：

RSA * createRSA(string strPublicKey)
{
    int nPublicKeyLen = strPublicKey.size();      //strPublicKey为base64编码的公钥字符串
    for(int i = 64; i < nPublicKeyLen; i+=64)
    {
        if(strPublicKey[i] != '\n')
        {
            strPublicKey.insert(i, "\n");
        }
        i++;
    }
    strPublicKey.insert(0, "-----BEGIN PUBLIC KEY-----\n");
    strPublicKey.append("\n-----END PUBLIC KEY-----\n");

    BIO *bio = NULL;
    RSA *rsa = NULL;
    char *chPublicKey = const_cast<char *>(strPublicKey.c_str());
    if ((bio = BIO_new_mem_buf(chPublicKey, -1)) == NULL)       //从字符串读取RSA公钥
    {
        LOGE("BIO_new_mem_buf failed!");
    }
    rsa = PEM_read_bio_RSA_PUBKEY(bio, NULL, NULL, NULL);   //从bio结构中得到rsa结构
    if (!rsa)
    {
        ERR_load_crypto_strings();
        char errBuf[512];
        ERR_error_string_n(ERR_get_error(), errBuf, sizeof(errBuf));
         LOGE( "load public key failed[%s]"errBuf);
        BIO_free_all(bio);
    }
    return rsa;
}

 Android 在 NDK 层使用 OpenSSL 进行 RSA 加密

前言

需求：需要在NDK层对一个Java层的字符串进行RSA加密，然后对加密的结果进行Base64返回到Java层
方案：选择使用OpenSSL来实现。

编译libssl.a和libcrypto.a静态库

在github上找到了一个项目，可以直接将OpenSSL编译成Android可以使用的，项目地址为

• ​​openssl_for_ios_and_android​​

但是这个项目有点小问题，部分编译脚本需要做点改动，改动后的项目见

• ​​openssl_for_ios_and_android​​

主要做了3个改动:

1. 将最低版本支持从Android 21改到了Android 14
2. 修复一个armeabi-v7a无法编译出来的问题
3. 升级了openssl的版本到openssl-1.1.0e

之后将项目clone下来，进入到tools目录，执行build-openssl4android.sh编译脚本

./build-openssl4android.sh android-armeabi armeabi-v7a ./build-openssl4android.sh android armeabi

这里只编译了armeabi-va7和armeabi架构CPU的so，如果有需要，请自行更改命令参数编译X86等架构的so。

经过很长时间的编译。。。大概要10来分钟吧。。。在根目录下的output会产生一个android目录，里面有openssl-armeabi和openssl-armeabi-v7a两个文件夹，包含了openssl的头文件以及编译好的.a静态库

实现JNI函数

编译好后.a静态库，就可以创建jni项目了

进入jni项目根目录，创建Application.mk文件

APP_ABI := armeabi armeabi-v7a APP_PLATFORM := android-14 APP_OPTIM := release APP_STL := c++_static APP_THIN_ARCHIVE := true APP_CPPFLAGS := -fpic -fexceptions -frtti APP_GNUSTL_FORCE_CPP_FEATURES := pic exceptions rtti

进入jni项目根目录，创建Android.mk文件

LOCAL_PATH := $(call my-dir) #引用libcrypto.a include $(CLEAR_VARS) LOCAL_MODULE := libcrypto LOCAL_SRC_FILES := $(LOCAL_PATH)/openssl/$(TARGET_ARCH_ABI)/lib/libcrypto.a include $(PREBUILT_STATIC_LIBRARY) #引用libssl.a include $(CLEAR_VARS) LOCAL_MODULE := libssl LOCAL_SRC_FILES := $(LOCAL_PATH)/openssl/$(TARGET_ARCH_ABI)/lib/libssl.a include $(PREBUILT_STATIC_LIBRARY) include $(CLEAR_VARS) LOCAL_MODULE := test LOCAL_SRC_FILES := \ native.cpp \ LOCAL_C_INCLUDES :=$(LOCAL_PATH)/openssl/openssl-$(TARGET_ARCH_ABI)/include TARGET_PLATFORM := android-14 #静态库依赖 LOCAL_STATIC_LIBRARIES := libssl libcrypto LOCAL_LDLIBS += -latomic -lz -llog include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

进入jni项目根目录，拷贝编译好的openssl文件

接着将第一步编译好的静态库文件进行拷贝，将output目录下android整个目录进行拷贝，拷贝到jni项目根目录下，拷贝完成后将android目录重命名为openssl

进入jni项目根目录，创建native.cpp，搭建基础的结构

#include "jni.h" template<typename T, int N> char (&ArraySizeHelper(T (&array)[N]))[N]; #define NELEMS(x) (sizeof(ArraySizeHelper(x))) #ifndef CLASSNAME #define CLASSNAME "com/fucknmb/Test" #endif jstring native_rsa(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring base64PublicKey, jstring content) { return NULL; } static const JNINativeMethod sMethods[] = { { const_cast<char *>("native_rsa"), const_cast<char *>("(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;"), reinterpret_cast<void *>(native_rsa) } }; int registerNativeMethods(JNIEnv *env, const char *className, const JNINativeMethod *methods, const int numMethods) { jclass clazz = env->FindClass(className); if (!clazz) { return JNI_FALSE; } if (env->RegisterNatives(clazz, methods, numMethods) != 0) { env->DeleteLocalRef(clazz); return JNI_FALSE; } env->DeleteLocalRef(clazz); return JNI_TRUE; } jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) { JNIEnv *env; if (vm->GetEnv(reinterpret_cast<void **>(&env), JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) { return -1; } registerNativeMethods(env, CLASSNAME, sMethods, NELEMS(sMethods)); return JNI_VERSION_1_6; }

声明java层函数

在Java层创建com/fucknmb/Test类，声明一个native函数

package com.fucknmb; import java.util.List; public class Test { public static native final String native_rsa(String base64PublicKey, String content); static { System.loadLibrary("test"); } }

实现native_rsa函数

native_rsa函数有两个参数，一个是base64之后的公钥（不含头部和尾部，以及没换行），第二个是待加密的明文内容，该函数的返回值是加密后的密文进行base64。

对于第一个参数，我们需要将其转为公钥文件字符串，追加头部和尾部，其实现如下：

/** * 根据公钥base64字符串（没换行）生成公钥文本内容 * @param base64EncodedKey * @return */ std::string generatePublicKey(std::string base64EncodedKey) { std::string publicKey = base64EncodedKey; size_t base64Length = 64;//每64个字符一行 size_t publicKeyLength = base64EncodedKey.size(); for (size_t i = base64Length; i < publicKeyLength; i += base64Length) { //每base64Length个字符，增加一个换行 if (base64EncodedKey[i] != '\n') { publicKey.insert(i, "\n"); } i++; } //最前面追加公钥begin字符串 publicKey.insert(0, "-----BEGIN PUBLIC KEY-----\n"); //最前面追加公钥end字符串 publicKey.append("\n-----END PUBLIC KEY-----"); return publicKey; }

openssl rsa加密后，我们需要对密文进行Base64，openssl同样提供了Base64算法，实现如下

/** * base64 encode * @param decoded_bytes * @return */ std::string base64_encode(const std::string &decoded_bytes) { BIO *bio, *b64; BUF_MEM *bufferPtr; b64 = BIO_new(BIO_f_base64()); //不换行 BIO_set_flags(b64, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL); bio = BIO_new(BIO_s_mem()); bio = BIO_push(b64, bio); //encode BIO_write(bio, decoded_bytes.c_str(), (int) decoded_bytes.length()); BIO_flush(bio); BIO_get_mem_ptr(bio, &bufferPtr); //这里的第二个参数很重要，必须赋值 std::string result(bufferPtr->data, bufferPtr->length); BIO_free_all(bio); return result; }

这个函数有一点需要注意的就是这一行

std::string result(bufferPtr->data, bufferPtr->length);

第二个参数表示长度，不能少，否则base64后的字符串长度会出现异常，导致decode的时候末尾会出现一大堆的乱码，而网上大多数的代码，是缺失这一个参数的。

接下来就是rsa的实现了

/** * 使用公钥对明文加密 * @param publicKey * @param from * @return */ std::string encryptRSA(const std::string &publicKey, const std::string &from) { BIO *bio = NULL; RSA *rsa_public_key = NULL; //从字符串读取RSA公钥串 if ((bio = BIO_new_mem_buf((void *) publicKey.c_str(), -1)) == NULL) { std::cout << "BIO_new_mem_buf failed!" << std::endl; return ""; } //读取公钥 rsa_public_key = PEM_read_bio_RSA_PUBKEY(bio, NULL, NULL, NULL); //异常处理 if (rsa_public_key == NULL) { //资源释放 BIO_free_all(bio); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return ""; } //rsa模的位数 int rsa_size = RSA_size(rsa_public_key); //RSA_PKCS1_PADDING 最大加密长度 为 128 -11 //RSA_NO_PADDING 最大加密长度为 128 //rsa_size = rsa_size - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE; //动态分配内存，用于存储加密后的密文 unsigned char *to = (unsigned char *) malloc(rsa_size + 1); //填充0 memset(to, 0, rsa_size + 1); //明文长度 int flen = from.length(); //加密，返回值为加密后的密文长度，-1表示失败 int status = RSA_public_encrypt(flen, (const unsigned char *) from.c_str(), to, rsa_public_key, RSA_PKCS1_PADDING); //异常处理 if (status < 0) { //资源释放 free(to); BIO_free_all(bio); RSA_free(rsa_public_key); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return ""; } //赋值密文 static std::string result((char *) to, status); //资源释放 free(to); BIO_free_all(bio); RSA_free(rsa_public_key); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return result; }

同样这个函数也有几个地方需要注意：

第一点：

static std::string result((char *) to, status);

第二个参数表示密文长度，一般来说，这个值会是128，如果第二个值不传，会导致加密后的密文经过string的构造函数后，丢失一部分数据，导致数据的不正确

第二点:

rsa_size = rsa_size - RSA_PKCS1_PADDING_SIZE;

对于RSA_PKCS1_PADDING_SIZE，最大加密长度为需要减去11

2017.7.17修改，第二点经过试验，废弃!

第三点:

//明文长度 int flen = from.length(); //加密，返回值为加密后的密文长度，-1表示失败 int status = RSA_public_encrypt(flen, (const unsigned char *) from.c_str(), to, rsa_public_key, RSA_PKCS1_PADDING);

RSA_public_encrypt函数的第一个参数传的是明文长度，而不是最大加密长度rsa_size，网上的所有代码这个参数都是传错的，传了rsa_size，而实际上这个参数的参数名是flen，表示from字符串的length。如果这个参数传了最大加密长度，将直接导致java层无法正确解密JNI层加密后的数据。

最后不要忘记加头文件的引用

#include <openssl/bio.h> #include <openssl/buffer.h> #include <openssl/evp.h> #include <openssl/rsa.h> #include <openssl/pem.h> #include <iostream> using std::string;

需要的函数都有了，实现以下native_rsa函数，简单组装一下以上函数即可

jstring native_rsa(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring base64PublicKey, jstring content) { //jstring 转 char* char *base64PublicKeyChars = (char *) env->GetStringUTFChars(base64PublicKey, NULL); //char* 转 string string base64PublicKeyString = string(base64PublicKeyChars); //生成公钥字符串 string generatedPublicKey = generatePublicKey(base64PublicKeyString); //释放 env->ReleaseStringUTFChars(base64PublicKey, base64PublicKeyChars); //jstring 转 char* char *contentChars = (char *) env->GetStringUTFChars(content, NULL); //char* 转 string string contentString = string(contentChars); //释放 env->ReleaseStringUTFChars(content, contentChars); //调用RSA加密函数加密 string rsaResult = encryptRSA(generatedPublicKey, contentString); if (rsaResult.empty()) { return NULL; } //将密文进行base64 string base64RSA = base64_encode(rsaResult); if (base64RSA.empty()) { return NULL; } //string -> char* -> jstring 返回 jstring result = env->NewStringUTF(base64RSA.c_str()); return result; }

私钥解密

如果你还需要用的私钥解密部分，可以继续实现base64的decode函数，以及rsa的私钥串生成函数，rsa的解密函数

base64 decode函数的实现如下：

/** * base64 decode * @param encoded_bytes * @return */ std::string base64_decode(const std::string &encoded_bytes) { BIO *bioMem, *b64; bioMem = BIO_new_mem_buf((void *) encoded_bytes.c_str(), -1); b64 = BIO_new(BIO_f_base64()); BIO_set_flags(b64, BIO_FLAGS_BASE64_NO_NL); bioMem = BIO_push(b64, bioMem); //获得解码长度 size_t buffer_length = BIO_get_mem_data(bioMem, NULL); char *decode = (char *) malloc(buffer_length + 1); //填充0 memset(decode, 0, buffer_length + 1); BIO_read(bioMem, (void *) decode, (int) buffer_length); static std::string decoded_bytes(decode); BIO_free_all(bioMem); return decoded_bytes; }

rsa的私钥串生成函数的试下如下：

/** * 根据私钥base64字符串（没换行）生成私钥文本内容 * @param base64EncodedKey * @return */ std::string generatePrivateKey(std::string base64EncodedKey) { std::string privateKey = base64EncodedKey; size_t base64Length = 64;//每64个字符一行 size_t privateKeyLength = base64EncodedKey.size(); for (size_t i = base64Length; i < privateKeyLength; i += base64Length) { //每base64Length个字符，增加一个换行 if (base64EncodedKey[i] != '\n') { privateKey.insert(i, "\n"); } i++; } //最前面追加私钥begin字符串 privateKey.insert(0, "-----BEGIN PRIVATE KEY-----\n"); //最后面追加私钥end字符串 privateKey.append("\n-----END PRIVATE KEY-----"); return privateKey; }

私钥解密函数的实现如下：

/** * 使用私钥对密文解密 * @param privetaKey * @param from * @return */ std::string decryptRSA(const std::string &privetaKey, const std::string &from) { BIO *bio = NULL; RSA *rsa_private_key = NULL; //从字符串读取RSA公钥串 if ((bio = BIO_new_mem_buf((void *) privetaKey.c_str(), -1)) == NULL) { std::cout << "BIO_new_mem_buf failed!" << std::endl; return ""; } //读取私钥 rsa_private_key = PEM_read_bio_RSAPrivateKey(bio, NULL, NULL, NULL); //异常处理 if (rsa_private_key == NULL) { //资源释放 BIO_free_all(bio); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return ""; } //rsa模的位数 int rsa_size = RSA_size(rsa_private_key); //动态分配内存，用于存储解密后的明文 unsigned char *to = (unsigned char *) malloc(rsa_size + 1); //填充0 memset(to, 0, rsa_size + 1); //密文长度 int flen = from.length(); // RSA_NO_PADDING // RSA_PKCS1_PADDING //解密，返回值为解密后的名文长度，-1表示失败 int status = RSA_private_decrypt(flen, (const unsigned char *) from.c_str(), to, rsa_private_key, RSA_PKCS1_PADDING); //异常处理率 if (status < 0) { //释放资源 free(to); BIO_free_all(bio); RSA_free(rsa_private_key); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return ""; } //赋值明文，是否需要指定to的长度？ static std::string result((char *) to); //释放资源 free(to); BIO_free_all(bio); RSA_free(rsa_private_key); //清除管理CRYPTO_EX_DATA的全局hash表中的数据，避免内存泄漏 CRYPTO_cleanup_all_ex_data(); return result; }

如果你要解密公钥加密后的密文，只需要这样调用即可返回明文

//公钥串和私钥串 string generatedPublicKey = generatePublicKey(base64PublicKey); string generatedPrivetKey = generatePrivateKey(base64PrivateKey); string content("just a test"); //加密 string result = encryptRSA(generatedPublicKey, content); //encode string base64RSA = base64_encode(result); //decode string decodeBase64RSA = base64_decode(base64RSA); //解密 string origin = decryptRSA(generatedPrivetKey, decodeBase64RSA);

最后注意一下base64PublicKey和base64PrivateKey，这两个字符串是不包含换行的，就是私钥和公钥的encoded之后的字节数组base64后的值，因此需要自己调用generatePublicKey和generatePrivateKey追加头和尾。

RSA公钥和私钥的生成 使用命令行

生成私钥

openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 1024

这条命令让openssl随机生成了一份私钥，加密长度是1024位。加密长度是指理论上最大允许”被加密的信息“长度的限制，也就是明文的长度限制。随着这个参数的增大（比方说2048），允许的明文长度也会增加，但同时也会造成计算复杂度的极速增长。一般推荐的长度就是1024位（128字节，之前的代码的最大加密长度128就是这么来的）。

生成公钥

openssl rsa -in rsa_private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout

密钥文件最终将数据通过Base64编码进行存储。可以看到上述生成的密钥文件内容每一行的长度都很规律。这是由于RFC2045中规定：The encoded output stream must be represented in lines of no more than 76 characters each。也就是说Base64编码的数据每行最多不超过76字符，对于超长数据需要按行分割。

上面的generatePublicKey和generatePrivateKey函数我们是按64位一行进行分割的，如果你有需要，可以将值修改为76。

第一步生成私钥文件不能直接使用，需要进行PKCS#8编码：

openssl pkcs8 -topk8 -in rsa_private_key.pem -out pkcs8_rsa_private_key.pem -nocrypt

第二步和第三步生成的公钥和私钥就可以用了，这里有个问题需要注意，如果你的公钥和私钥是类似下面这种格式的

-----BEGIN PUBLIC KEY----- .... -----END PUBLIC KEY----- -----BEGIN PRIVATE KEY----- .... -----END PRIVATE KEY-----

那么，你无需调用generatePublicKey或者generatePrivateKey函数，此时已经是需要的公钥串和私钥串，但是如果你的公钥和私钥没有头部和尾部，并且不是换行的，就需要调用一下进行转换，因为我这边Java层传入的是后者，所以需要调用generatePublicKey或者generatePrivateKey进行转换。

使用 openssl 程序生成 公钥 和私钥

// ---- rsa非对称加解密 ---- //    
#define KEY_LENGTH  1024               // 密钥长度  
#define PUB_KEY_FILE "publickey.pem"    // 公钥路径  
#define PRI_KEY_FILE "privatekey.pem"    // 私钥路径  

// 函数方法生成密钥对   
bool generateRSAKey(std::string strKey[2])
{
  bool ret = false;
  // 公私密钥对    
  size_t pri_len;
  size_t pub_len;
  char *pri_key = NULL;
  char *pub_key = NULL;

  // 生成密钥对    
  RSA *keypair = RSA_generate_key(KEY_LENGTH, RSA_F4, NULL, NULL);

  BIO *pri = BIO_new(BIO_s_mem());
  BIO *pub = BIO_new(BIO_s_mem());

  PEM_write_bio_RSAPrivateKey(pri, keypair, NULL, NULL, 0, NULL, NULL);
  PEM_write_bio_RSA_PUBKEY(pub, keypair);//PEM_write_bio_RSA_PUBKEY match PEM_read_bio_RSA_PUBKEY; PEM_write_bio_RSAPublicKey match PEM_read_bio_RSAPublicKey

  // 获取长度    
  pri_len = BIO_pending(pri);
  pub_len = BIO_pending(pub);

  // 密钥对读取到字符串
  pri_key = (char *)malloc(pri_len + 1);
  pub_key = (char *)malloc(pub_len + 1);

  BIO_read(pri, pri_key, pri_len);
  BIO_read(pub, pub_key, pub_len);

  pri_key[pri_len] = '\0';
  pub_key[pub_len] = '\0';

  // 存储密钥对    
  strKey[0] = pub_key;
  strKey[1] = pri_key;

  // 存储到磁盘（这种方式存储的是begin rsa public key/ begin rsa private key开头的）  
  FILE *pubFile = fopen(PUB_KEY_FILE, "w");
  if (nullptr == pubFile   )
  {
     
    return ret;
  }
  fputs(pub_key, pubFile);
  fclose(pubFile);

  FILE *priFile = fopen(PRI_KEY_FILE, "w");
  if (priFile == NULL)
  {
    return ret;
  }
  fputs(pri_key, priFile);
  fclose(priFile);

  // 内存释放  
  RSA_free(keypair);
  BIO_free_all(pub);
  BIO_free_all(pri);

  free(pri_key);
  free(pub_key);

  return true;
}