用c語言實現(xiàn)一個簡單的數(shù)據(jù)加解密算法

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《公鑰密碼學(xué)簡介》

一、一種常見的網(wǎng)絡(luò)通信的加密流程關(guān)于加密的算法很多，實際實現(xiàn)過程千差萬別，
下圖是一個常見的網(wǎng)絡(luò)通信加密的應(yīng)用場景。
密碼機(jī)的一些說明：
客戶端服務(wù)器端都可以設(shè)置密碼機(jī)（可以是軟件、也可以是一個硬件，可以在本地也可以在某個服務(wù)器上，只要能夠產(chǎn)生密鑰即可）keygen和同步碼都會影響到密碼機(jī)生成的密鑰序列密碼機(jī)在keygen和同步碼相同的情況下，會產(chǎn)生相同的密鑰序列，加解密雙方需要記住產(chǎn)生密鑰的順序，解密多少數(shù)據(jù)就申請多少密鑰

如上圖所示，基于C/S架構(gòu)的服務(wù)器和客戶端通信模型，下面以客戶端如果要發(fā)送一段加密的密文給服務(wù)器，C/S需要交互的流程。
1 服務(wù)器端發(fā)送密鑰密文首先服務(wù)器端、客戶端都保存了一個默認(rèn)的密鑰服務(wù)器端隨機(jī)生成密鑰keygen，并使用該默認(rèn)密鑰對keygen加密，生成密鑰密文客戶端可以通過命令定期請求該密鑰密文或者服務(wù)器定時下發(fā)客戶端收到密鑰密文后，也可以通過默認(rèn)密鑰進(jìn)行解密得到明文的keygen2. 客戶端對數(shù)據(jù)加密客戶端在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先生成一個同步碼將同步碼和keygen設(shè)置給密碼機(jī)，然后向密碼機(jī)申請一定長度的密鑰將明文和密鑰通過一定的算法進(jìn)行加密（通常是異或），生成數(shù)據(jù)密文3. 客戶端發(fā)送同步碼和數(shù)據(jù)密文客戶端將數(shù)據(jù)密文和同步碼明文一起發(fā)送給服務(wù)器服務(wù)器提取出同步碼4. 服務(wù)器端接收數(shù)據(jù)并解密服務(wù)器將keygen和同步碼設(shè)置給密碼機(jī)，同時申請一定數(shù)量的密鑰服務(wù)器根據(jù)密鑰對密文進(jìn)行解密，即得到對應(yīng)的明文因為服務(wù)器和客戶端此時都使用了相同的keygen，和同步碼，所以雙方申請的密鑰序列一定是一樣的。
二、函數(shù)實現(xiàn)下面是一口君實現(xiàn)的加密算法的一些函數(shù)原型以及功能說明，這些函數(shù)基本實現(xiàn)了第一節(jié)的功能。
1. 申請加密密鑰函數(shù)request_keyint request_key(int sync,int key_num,char key[])
功能：
向密碼機(jī)申請一定數(shù)量的用于加密數(shù)據(jù)的密鑰，如果不設(shè)置新的keygen，那么生成的密碼會順序產(chǎn)生下去，每次申請密鑰都會記錄上次生成的密鑰的偏移，下次在申請的時候，都會從上一位置繼續(xù)分配密鑰
參數(shù)：
sync：同步碼，密碼機(jī)依據(jù)此同步產(chǎn)生隨機(jī)序列的密鑰
key_num：申請的密鑰個數(shù)
key：申請的密鑰存儲的緩存
返回值:
實際返回密鑰個數(shù)
2. 設(shè)置密鑰序列函數(shù)set_keygenvoid set_keygen(int key)
功能：
向密碼機(jī)設(shè)置keygen，設(shè)置后會影響產(chǎn)生的隨機(jī)密鑰序列
參數(shù)：
key：密鑰
返回值:
無
3. 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)born_seedint born_seed(int sync,int key)
功能：
根據(jù)同步碼和keygen生成隨機(jī)密鑰種子
參數(shù)：
    sync：同步碼
key：密鑰
返回值:
種子
4. 重置keygen reset_keygen()void reset_keygen()
功能：
重置keygen，會影響生成的隨機(jī)數(shù)序列
三、測試代碼實例最終文件如下：
key.c  key.h  main.c
示例1 檢測產(chǎn)生的隨機(jī)序列int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];

key_num = 10;
printf("
--------------采用默認(rèn)keygen 同步碼=0 產(chǎn)生密文----------------
");
reset_keygen();
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰0-9:",key,len);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰10-19:",key,len);
printf("
--------------采用keygen=1234 同步碼=0 產(chǎn)生密文----------------
");
set_keygen(1234);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰0-9:",key,len);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰10-19:",key,len);
}
執(zhí)行結(jié)果：
--------------采用默認(rèn)keygen 同步碼=0 產(chǎn)生密文----------------
密鑰0-9: ----[10]
a5 52 c8 14 5d f7 46 5b 89 42
密鑰10-19: ----[10]
38 69 6f a6 08 d2 69 39 cd 29
--------------采用keygen=1234 同步碼=0 產(chǎn)生密文----------------
密鑰0-9: ----[10]
0e 83 0b 73 ec f5 4b 4a 74 35
密鑰10-19: ----[10]
e7 f1 06 41 c8 6b aa df 0c 3d
可以看到采用不同的keygen產(chǎn)生的隨機(jī)序列是不一樣的。
如果設(shè)置不同的同步碼，仍然序列還會不一樣。
示例2 用默認(rèn)keygen，加解密char data0[10]={
0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7,0x8,0x9,0x10,
};
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];
char buf[120]={0};
key_num = 10;
printf("
--------------采用默認(rèn)keygen開始加密----------------
");
reset_keygen();
print_array("
明文:",data0,key_num);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰:",key,len);
for(i=0;i"
密文:",buf,len);

printf("
--------------------開始解密--------------------
");
reset_keygen();
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);

for(i=0;i"
明文:",buf,len);
}
測試結(jié)果
--------------采用默認(rèn)keygen開始加密----------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
密鑰: ----[10]
a5 52 c8 14 5d f7 46 5b 89 42
密文: ----[10]
a4 50 cb 10 58 f1 41 53 80 52
--------------------開始解密--------------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
示例3 用不同的keygen和同步碼加解密int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];
char buf[120]={0};
unsigned int mykeygen;

if (argc != 4) {
  fprintf(stderr, "Usage: %s   
", argv[0]);
  exit(EXIT_FAILURE);
}
sync = atoi(argv[1]);
key_num = atoi(argv[2]);
mykeygen = atoi(argv[3]);
printf("
--------------采用自定義的keygen、同步碼開始加密----------------
");
set_keygen(mykeygen);
print_array("
明文:",data0,key_num);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密鑰:",key,len);
for(i=0;i"
密文:",buf,len);

printf("
--------------------開始解密--------------------
");
set_keygen(mykeygen);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
for(i=0;i"
明文:",buf,len);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
--------------采用自定義的keygen、同步碼開始加密----------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
密鑰: ----[10]
53 00 29 cd 27 eb cc 80 1a d7
密文: ----[10]
52 02 2a c9 22 ed cb 88 13 c7
--------------------開始解密--------------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
可見我們的確實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的加密和解密。
四、數(shù)據(jù)加密的實際使用假定我們使用上述實例代碼，把對應(yīng)的功能移植到C/S兩端，
那么一次完整的數(shù)據(jù)加密以及數(shù)據(jù)的傳輸參考流程如下：

記住一點，只要雙方設(shè)置相同的keygen和同步碼，那么密碼機(jī)吐出來的密鑰就是相同序列，
客戶端發(fā)送每發(fā)送一個報文，就把自己的明文同步碼一起發(fā)送給服務(wù)器，
服務(wù)器根據(jù)提前發(fā)送給客戶端的keygen和同步碼就可以實現(xiàn)解密操作，
雖然你可以看到明文的同步碼，
但是還需要破解密碼機(jī)算法、服務(wù)器下發(fā)的keygen密文。
五、 原理實現(xiàn)加密算法的主要問題是如何產(chǎn)生隨機(jī)序列作為密鑰。
本例是借用庫函數(shù)rand() 原型如下：
#include
int rand(void);
函數(shù)rand() 雖然可以產(chǎn)生隨機(jī)序列，但是每次產(chǎn)生的序列其實順序是一樣的。
#include
main()
{
int i = 0;
for(i=0;i10;i++)
{
  printf("%d ",rand());
}
putchar('
');
}
運行結(jié)果如下：
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 424238335 719885386 1649760492 596516649 1189641421
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 424238335 719885386 1649760492 596516649 1189641421
要想每次都產(chǎn)生不一樣的隨機(jī)序列應(yīng)該怎么辦呢？需要借助srand()函數(shù)
void srand(unsigned int seed);
只需要通過該函數(shù)設(shè)置一個種子，那么產(chǎn)生的序列，就會完全不一樣，
通常我們用time()返回值作為種子，
在此我們隨便寫入幾個數(shù)據(jù)，來測試下該函數(shù)
#include
main()
{
int i = 0;
srand(111);
for(i=0;i10;i++)
{
  printf("%d ",rand());
}
putchar('
');
srand(1111);
for(i=0;i10;i++)
{
  printf("%d ",rand());
}
putchar('
');
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1629905861 708017477 1225010071 14444113 324837614 2112273117 1166384513 1539134273 1883039818 779189906
1383711924 882432674 1555165704 1334863495 1474679554 676796645 154721979 534868285 1892754119 100411878
可見輸入不同的種子就會產(chǎn)生不同的序列。
函數(shù)原型如下：

本例原理比較簡單，沒有考慮太復(fù)雜的應(yīng)用（比如多路密鑰的管理）和數(shù)據(jù)安全性，
只闡述加解密的流程，僅作為學(xué)習(xí)理解加解密流程用，此種加密算法屬于對稱加密，相對比較簡單，還是比較容易破解。
目前市場上都是由專業(yè)的公司和團(tuán)隊實現(xiàn)加解密功能。
一口君之前曾寫過聊天室的一個小項目，
《聊天室》

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-多線程服務(wù)器模型-1

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-多線程服務(wù)器一個很隱晦的錯誤-2   

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-實現(xiàn)聊天室的登錄、注冊功能-3

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-增加公聊、私聊-4  必看

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-增加數(shù)據(jù)庫sqlite功能-5 必看

從0實現(xiàn)基于Linux socket聊天室-增加數(shù)據(jù)加密功能-6
[/ol]彭老師基于該加密機(jī)制，將聊天室所有客戶端與服務(wù)器所有交互數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，有興趣的老鐵可以下載學(xué)習(xí)下。
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