openssl+ RSA + linux 签名开发实例（C++）

一、openssl+RSA理论基础

RSA签名是一种非对称加密算法，用于在信息传输过程中验证消息的完整性和真实性。以下是RSA签名的理论基础的主要知识点：

1. RSA密钥对： RSA使用一对公钥和私钥，其中公钥用于加密，私钥用于解密。签名是私钥操作，验证是公钥操作。

2. 数学基础：

   • 大素数： RSA的安全性基于两个大素数的乘积难以分解。生成密钥时，需要选择两个大素数。
   • 欧拉函数： RSA使用欧拉函数（Euler’s totient function）来计算与大素数乘积的正整数个数。

3. 生成密钥对： 在RSA中，首先需要生成一对公钥和私钥。密钥生成包括选择两个大素数、计算模数和选择公钥的指数。

4. 公钥和私钥的使用：

   • 加密和解密： 公钥用于加密，私钥用于解密。
   • 签名和验证： 私钥用于签名，公钥用于验证签名。

5. 数字签名过程：

   • 消息哈希： 对要签名的消息进行哈希运算，通常使用SHA-256等哈希算法。
   • 私钥签名： 使用私钥对消息的哈希值进行加密，形成数字签名。

6. 数字签名验证过程：

   • 消息哈希： 对接收到的消息进行哈希运算，得到消息的哈希值。
   • 公钥验证： 使用公钥对数字签名进行解密，得到解密后的哈希值。
   • 比较哈希值： 将解密后的哈希值与原始消息的哈希值进行比较。如果相同，则验证通过。

7. 安全性考虑： RSA的安全性依赖于大数分解问题的难解性，即从大数的乘积中分解出原始的大素数的难度。选择足够大的密钥长度对抗分解攻击。

8. 常见的RSA算法参数：

   • 密钥长度： 常见的RSA密钥长度包括1024、2048、3072、4096等。较长的密钥长度通常提供更高的安全性，但也需要更多的计算资源。

9. 填充方案： 在实际应用中，为增加安全性，通常使用填充方案（如PKCS#1 v1.5或OAEP）对消息进行填充。

10. 注意事项： RSA算法的计算量相对较大，因此在实际应用中通常用于加密短消息或对称密钥的加密。

理解这些理论基础有助于正确实现RSA签名和验证的过程，并在使用时保证安全性。

二、openssl RSA 签名开发实例

以下是使用OpenSSL库进行RSA签名的简单C++示例代码。请注意，这个示例中使用的密钥长度是2048位，你可以根据需要选择不同的密钥长度。

#include 
#include 
#include 
#include 

// 用于读取PEM格式的私钥文件
RSA* readPrivateKey(const char* privateKeyFile) {
    FILE* file = fopen(privateKeyFile, "r");
    if (!file) {
        perror("Error opening private key file");
        return nullptr;
    }

    RSA* rsa = PEM_read_RSAPrivateKey(file, nullptr, nullptr, nullptr);
    fclose(file);

    if (!rsa) {
        ERR_print_errors_fp(stderr);
    }

    return rsa;
}

// 对消息进行RSA签名
bool signMessage(const char* message, RSA* privateKey, unsigned char* signature, unsigned int* signatureLength) {
    EVP_PKEY* pkey = EVP_PKEY_new();
    EVP_PKEY_set1_RSA(pkey, privateKey);

    EVP_MD_CTX* ctx = EVP_MD_CTX_new();
    if (!ctx) {
        perror("Error creating context");
        EVP_PKEY_free(pkey);
        return false;
    }

    if (EVP_DigestSignInit(ctx, nullptr, EVP_sha256(), nullptr, pkey) != 1) {
        perror("Error initializing sign context");
        EVP_MD_CTX_free(ctx);
        EVP_PKEY_free(pkey);
        return false;
    }

    if (EVP_DigestSignUpdate(ctx, message, strlen(message)) != 1) {
        perror("Error updating sign context");
        EVP_MD_CTX_free(ctx);
        EVP_PKEY_free(pkey);
        return false;
    }

    if (EVP_DigestSignFinal(ctx, signature, signatureLength) != 1) {
        perror("Error finalizing sign context");
        EVP_MD_CTX_free(ctx);
        EVP_PKEY_free(pkey);
        return false;
    }

    EVP_MD_CTX_free(ctx);
    EVP_PKEY_free(pkey);

    return true;
}

int main() {
    // 读取私钥
    const char* privateKeyFile = "private_key.pem";
    RSA* privateKey = readPrivateKey(privateKeyFile);
    if (!privateKey) {
        std::cerr << "Error loading private key" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 待签名的消息
    const char* message = "Hello, RSA!";

    // 计算签名
    unsigned char signature[2048];  // 2048是RSA密钥长度
    unsigned int signatureLength;

    if (signMessage(message, privateKey, signature, &signatureLength)) {
        std::cout << "Signature created successfully" << std::endl;
        // 在实际应用中，可以将签名保存或发送给其他方进行验证
    } else {
        std::cerr << "Error creating signature" << std::endl;
    }

    // 释放资源
    RSA_free(privateKey);

    return 0;
}

请确保替换private_key.pem为你实际使用的私钥文件。这个示例中的签名结果保存在signature数组中，你可以根据实际需要将签名保存到文件或发送给其他方进行验证。