OpenSSL实践-概述与编译

OpenSSL是什么?

概述


OpenSSL是个开源项目,为TLS和SSL提供一个健壮、商业级以及功能齐全的实现。同时,它也是个通用的加密库。OpenSSL采用Apache-style授权,基本上可以自由应用在商业和非商业的项目上。参考1

组成


OpenSSL大概由三部分组成:

  • 命令
    OpenSSL中包含一个可执行程序:openssl,可以直接完成特定任务的,诸如:密钥的生成、证书信息的查看、摘要计算以及加密解密等等。使用起来非常方便,在调试、测试的或者日常业务中可直接使用。
  • SSL库
    SSL的实现
  • 加密库
    加密库,包含各种加密算法的实现、证书操作接口以及一些辅助类

其他


OpenSSL本身库设计得比较复杂,自身问题不少,诸如之前的"heartbleed"安全漏洞,因此不少公司或者团队都有自己的fork,诸如google的BoringSSL、OpenBSD的LibreSSL等。需要注意的是,BoringSSL在接口上不一定能兼容OpenSSL。

密码学

概述


在使用OpenSSL,就需要对密码学有一定的了解,这里稍微介绍一下密码学相关的知识,便于对各种加密算法的运用。

现代密码学,并非像很多人想象的那样,简单使用一个密码加密一段文本,从而隐藏“原文”,使窃听者不能阅读原文。现代密码学发展至今,功能和学科分支已经十分丰富,就基础功能来说,主要如下:

  • 机密性
    如何将可理解的信息转换成难以理解的信息,并且使得有秘密信息的人能够逆向回复,但缺乏秘密信息的拦截者或窃听者则无法解读
  • 鉴别
    消息的接收者应该能够确认消息的来源;入侵者不可能伪装成他人。这点在实际应用面非常广,诸如我们连接的服务器就是我们的服务器,而不是别人伪造的服务器。
  • 报文完整性
    消息的接收者应该能够验证在传送过程中消息没有被修改;入侵者不可能用假消息代替合法消息。
  • 不可否认性
    发送者事后不可能虚假地否认他发送的消息。

密码学常用算法


密码学常用的算法非常多,不同的算法应用在不同的场合当中,很多时候,也是各种算法相互配合来解决实际问题的,常见用的如下:

密码学常用算法

编译

OpenSSL支持非常多的平台,编译起来也比较简单,源码包可以在下述网址上下载到:

https://www.openssl.org/source/

以下编译适应的源码版本为:1.1.0b

windows下的编译

Windows下编译代码,需要进行环境准备、配置以及正式编译三个步骤,如果环境满足条件,那么只需要后两步就行了

准备


在windows下编译,需要准备以下环境:

  • perl
    windows下的构建脚本是通过perl实现的,因此需要安装perl运行环境:

https://www.perl.org/

安装好后,可以在控制台里面输入:

perl --version

应该有类似字样:

This is perl 5, version 24, subversion 0 (v5.24.0) built for MSWin32-x86-multi-thread-64int
(with 1 registered patch, see perl -V for more detail)
....

表示正确安装了,如果提示找不到程序,说明安装是错误的

  • NASM
    OpenSSL部分源码使用汇编进行优化,需要安装NASM来对相关代码进行编译

http://www.nasm.us/

为了让构建脚本找到NASM,安装好NASM之后,需要把nasm.exe添加到PATH环境变量当中,为了验证安装是正确的,打开控制台(运行->cmd回车),输入:

nasm -version

应该有类似输出:

NASM version 2.12.03rc1 compiled on Oct  4 2016
  • Visual Studio 2013或者Visual Studio 2015

我只测试过这两个版本,其他版本应该也是可以的

配置


在编译前,需要配置好源码,就是需要编译那些功能、静态库还是动态库等等

假设源码路径是: D:\test_openssl\openssl-1.1.0b 而 输出的路径是: D:\test_openssl\out
在开始菜单中按如下路径找到:

Visual Studio 2015\Visual Studio Tools\Windows Desktop Command Prompts

VS2015 x86 Native Tools Command Prompt,点击打开一个编译控制台,这个控制台是设定好相关的环境变量的,可以调用到VS2015相关的工具链。

进入:D:\test_openssl\out这个目录,执行如下命令:

perl D:\test_openssl\openssl-1.1.0b\Configure VC-WIN32

该命令会对源码进行配置,并输出编译参数.

OpenSSL配置命令大概如下形式:

perl 源码目录\Configure 目标 配置参数

其中,如果是针对windows,那么目标又有如下四个:

VC-WIN32 | VC-WIN64A | VC-WIN64I | VC-CE

常用的参数:

  • --debug
    附带调试符号
  • no-asm
    不适用汇编代码,如果没有NASM,那么可以使用该参数来跳过
  • no-shared
    编译成静态库,默认是动态库

其他具体的参数, 可以阅读源码目录下的:INSTALL文件

编译


配置好后,通过执行如下命令编译:

nmake

当编译结束后,out目录会输出相关的二进制文件、库文件等等
注意:执行nmake的时候,需要从刚才打开的控制台上进行,否则会提示nmake找不到

为了验证编译出来的程序是否有问题,这个时候需要编译和执行测试用例:

nmake test

该命令会编译并执行测试用例,输出各个测试用例执行的情况,通过的测试用例,应该提示:ok 字样,未启用的功能会:skip,最后结束会出现:

All tests successful.
Files=86, Tests=422, 67 wallclock secs ( 0.39 usr +  0.13 sys =  0.52 CPU)
Result: PASS

如果提示错误,得进行问题分析了。

编译出来的结果如下:

  • openssl命令
    在app目录下
  • 相关的dll
    在out目录下,app目录下也有一份,主要提供给openssl命令使用
  • 相关的lib和def
    在windows下开发,如果是动态库,需要lib和def文件,都在out目录下

一般情况下,可以使用:

nmake install

进行安装,实际就是复制相关文件到特定的安装目录下,默认是:C:/Program Files (x86)/OpenSSL

Hello World


为了验证一下编译出来的结果,我们新建一个C++项目来验证一下。打开Visual Studio,新建一个控制台项目,然后在项目属性中的 【VC++Directories】

  • Include Directories
    包含目录,把OpenSSL头文件所在的路径添加进入,按照之前的路径设定,就是:

D:\test_openssl\out\include
D:\test_openssl\openssl-1.1.0b\include

  • Library Directories
    库文件所在的目录,把OpenSSL编译产生的lib文件的路径添加进去,按照之前的设定,就是:

D:\test_openssl\out

VC++ 目录设定

另外还需要指定链接的库,在项目属性对话框 【Linker->Input->Additional Dependencies】 中添加:

libcrypto.lib

Additional Dependencies

最后,在main函数中打印OpenSSL的版本号:

cout << "openssl version: " << OpenSSL_version(OPENSSL_VERSION) << endl;

编译,运行,如果提示找不到dll文件,那么请把 out目录中的libcrypto-1_1.dll复制到程序目录下,正常输出应该如下:

openssl version: OpenSSL 1.1.0b  26 Sep 2016

相关源码,详见github: https://github.com/summer2186/openssl_tutorial/tree/master/01_hello_world

linux下编译


linux下编译的方法和windows下编译很类型,另外源码目录下:./config本身是个shell脚本,可以自动配置源码。

参考


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