OpenSSL ECCを使用してテキスト文字列を暗号化/復号化する

Question

OpenSSLのECCサポートを使用してテキスト文字列を暗号化または復号化するにはどうすればよいですか？ OpenSSL APIを使用してECCのプライベート/パブリックキーを生成することはできますが、これらのキーを使用してプレーンテキストを暗号化する方法はわかりません。

Answer 1

ECC自身は実際には暗号化/復号化操作を定義していません - 楕円曲線で構築されたアルゴリズムは実際には定義しません。

たとえば、Elliptic-Curve Diffie-Hellmanです。

1. 一時的なECキーを生成することによって、ECDHを使用してメッセージを暗号化できます。
2. その鍵と受信者の公開鍵を使用して、ECDHを使用して秘密を生成します。
3. AESのような対称暗号でメッセージを暗号化する鍵としてその秘密を使用します。
   1. ロードメッセージから短命の公開鍵：
   2. を復号化するステップ1.

   で生成された暗号化メッセージとはかない公開鍵を送信します。

4. ECDHを使用して秘密を生成するには、公開鍵と受信者鍵を一緒に使用します。
5. 対称暗号を使用してメッセージを復号するための鍵としてその秘密を使用します。

EDIT：以下は、ECDHを使用して秘密を生成するための基本的な考え方です。最初に、SHA1ハッシュを使用するキー導出関数を定義する必要があります。

void *KDF1_SHA1(const void *in, size_t inlen, void *out, size_t *outlen) 
{ 
    if (*outlen < SHA_DIGEST_LENGTH) 
     return NULL; 
    else 
     *outlen = SHA_DIGEST_LENGTH; 
    return SHA1(in, inlen, out); 
} 

これは送信側のECDHコードです。これは、受信者の公開鍵がすでに "recip_key"にあることを前提としており、EC_KEY_check_key（）で検証しています。また、簡潔さのために、多くの重要なエラーチェックを省略しています。は確かにを実動コードに含めたいと考えています。

EC_KEY *ephemeral_key = NULL; 
const EC_GROUP *group = NULL; 
unsigned char buf[SHA_DIGEST_LENGTH] = { 0 }; 

group = EC_KEY_get0_group(recip_key); 
ephemeral_key = EC_KEY_new(); 
EC_KEY_set_group(ephemeral_key, group); 

EC_KEY_generate_key(ephemeral_key); 
ECDH_compute_key(buf, sizeof buf, EC_KEY_get0_public_key(recip_key), ephemeral_key, KDF1_SHA1); 

この後、バッファ 'buf'には20バイトの素材が含まれており、キー入力に使用できます。この簡約化された例は、opensslソースディストリビューションの "ecdhtest.c"のコードに基づいています。

ephemeral_keyの公開鍵部分を暗号化されたメッセージとともに送信し、秘密鍵部分を安全に破棄したいと考えます。データ上のMACも良い考えです.20バイトを超えるキーイングマテリアルが必要な場合は、より長いハッシュがおそらく順番になります。

受信者は、秘密キーが既に存在すること（送信者が対応する公開キーを事前に知っていなければならないため）を除いて同様のことを行い、公開キーは送信者から受信されます。

Answer 2

ECCを使用してデータを暗号化する方法を示す例が見つからないため、他の人が使用するためのコードを投稿すると思いました。完全なリストについては、私のopenssl-devの投稿をチェックアウト：

http://www.mail-archive.com/openssl-dev@openssl.org/msg28042.html

は、基本的にはECDHを使用する方法のそのうちにフラッシュ使用可能なバージョンは、データのブロックを確保します。 ECDHは、共有秘密情報を生成するために使用されます。次に、共有秘密はSHA 512を使用してハッシュされます。結果の512ビットが分割され、256が対称暗号（私の例ではAES 256）の鍵として機能し、他の256ビットがHMACの鍵として使用されます。私の実装は、SECGワーキンググループが概説したECIES標準に基づいています。 16進数で再び、秘密鍵を受け取り、復号化

secure_t * ecies_encrypt(char *key, unsigned char *data, size_t length) { 

void *body; 
HMAC_CTX hmac; 
int body_length; 
secure_t *cryptex; 
EVP_CIPHER_CTX cipher; 
unsigned int mac_length; 
EC_KEY *user, *ephemeral; 
size_t envelope_length, block_length, key_length; 
unsigned char envelope_key[SHA512_DIGEST_LENGTH], iv[EVP_MAX_IV_LENGTH], block[EVP_MAX_BLOCK_LENGTH]; 

// Simple sanity check. 
if (!key || !data || !length) { 
    printf("Invalid parameters passed in.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Make sure we are generating enough key material for the symmetric ciphers. 
if ((key_length = EVP_CIPHER_key_length(ECIES_CIPHER)) * 2 > SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("The key derivation method will not produce enough envelope key material for the chosen ciphers. {envelope = %i/required = %zu}", SHA512_DIGEST_LENGTH/8, 
      (key_length * 2)/8); 
    return NULL; 
} 

// Convert the user's public key from hex into a full EC_KEY structure. 
if (!(user = ecies_key_create_public_hex(key))) { 
    printf("Invalid public key provided.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create the ephemeral key used specifically for this block of data. 
else if (!(ephemeral = ecies_key_create())) { 
    printf("An error occurred while trying to generate the ephemeral key.\n"); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Use the intersection of the provided keys to generate the envelope data used by the ciphers below. The ecies_key_derivation() function uses 
// SHA 512 to ensure we have a sufficient amount of envelope key material and that the material created is sufficiently secure. 
else if (ECDH_compute_key(envelope_key, SHA512_DIGEST_LENGTH, EC_KEY_get0_public_key(user), ephemeral, ecies_key_derivation) != SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("An error occurred while trying to compute the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Determine the envelope and block lengths so we can allocate a buffer for the result. 
else if ((block_length = EVP_CIPHER_block_size(ECIES_CIPHER)) == 0 || block_length > EVP_MAX_BLOCK_LENGTH || (envelope_length = EC_POINT_point2oct(EC_KEY_get0_group(
     ephemeral), EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), POINT_CONVERSION_COMPRESSED, NULL, 0, NULL)) == 0) { 
    printf("Invalid block or envelope length. {block = %zu/envelope = %zu}\n", block_length, envelope_length); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// We use a conditional to pad the length if the input buffer is not evenly divisible by the block size. 
else if (!(cryptex = secure_alloc(envelope_length, EVP_MD_size(ECIES_HASHER), length, length + (length % block_length ? (block_length - (length % block_length)) : 0)))) { 
    printf("Unable to allocate a secure_t buffer to hold the encrypted result.\n"); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Store the public key portion of the ephemeral key. 
else if (EC_POINT_point2oct(EC_KEY_get0_group(ephemeral), EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), POINT_CONVERSION_COMPRESSED, secure_key_data(cryptex), envelope_length, 
     NULL) != envelope_length) { 
    printf("An error occurred while trying to record the public portion of the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

// The envelope key has been stored so we no longer need to keep the keys around. 
EC_KEY_free(ephemeral); 
EC_KEY_free(user); 

// For now we use an empty initialization vector. 
memset(iv, 0, EVP_MAX_IV_LENGTH); 

// Setup the cipher context, the body length, and store a pointer to the body buffer location. 
EVP_CIPHER_CTX_init(&cipher); 
body = secure_body_data(cryptex); 
body_length = secure_body_length(cryptex); 

// Initialize the cipher with the envelope key. 
if (EVP_EncryptInit_ex(&cipher, ECIES_CIPHER, NULL, envelope_key, iv) != 1 || EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&cipher, 0) != 1 || EVP_EncryptUpdate(&cipher, body, 
     &body_length, data, length - (length % block_length)) != 1) { 
    printf("An error occurred while trying to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

// Check whether all of the data was encrypted. If they don't match up, we either have a partial block remaining, or an error occurred. 
else if (body_length != length) { 

    // Make sure all that remains is a partial block, and their wasn't an error. 
    if (length - body_length >= block_length) { 
     printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 

    // Copy the remaining data into our partial block buffer. The memset() call ensures any extra bytes will be zero'ed out. 
    memset(block, 0, EVP_MAX_BLOCK_LENGTH); 
    memcpy(block, data + body_length, length - body_length); 

    // Advance the body pointer to the location of the remaining space, and calculate just how much room is still available. 
    body += body_length; 
    if ((body_length = secure_body_length(cryptex) - body_length) < 0) { 
     printf("The symmetric cipher overflowed!\n"); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 

    // Pass the final partially filled data block into the cipher as a complete block. The padding will be removed during the decryption process. 
    else if (EVP_EncryptUpdate(&cipher, body, &body_length, block, block_length) != 1) { 
     printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
     EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
     secure_free(cryptex); 
     return NULL; 
    } 
} 

// Advance the pointer, then use pointer arithmetic to calculate how much of the body buffer has been used. The complex logic is needed so that we get 
// the correct status regardless of whether there was a partial data block. 
body += body_length; 
if ((body_length = secure_body_length(cryptex) - (body - secure_body_data(cryptex))) < 0) { 
    printf("The symmetric cipher overflowed!\n"); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

else if (EVP_EncryptFinal_ex(&cipher, body, &body_length) != 1) { 
    printf("Unable to secure the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 

// Generate an authenticated hash which can be used to validate the data during decryption. 
HMAC_CTX_init(&hmac); 
mac_length = secure_mac_length(cryptex); 

// At the moment we are generating the hash using encrypted data. At some point we may want to validate the original text instead. 
if (HMAC_Init_ex(&hmac, envelope_key + key_length, key_length, ECIES_HASHER, NULL) != 1 || HMAC_Update(&hmac, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) 
     != 1 || HMAC_Final(&hmac, secure_mac_data(cryptex), &mac_length) != 1) { 
    printf("Unable to generate a data authentication code. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 
    secure_free(cryptex); 
    return NULL; 
} 

HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 

return cryptex; 
} 

とecies_decrypt（）：進形式で公開鍵を受け取り、暗号化されたデータを返す

キー機能は（ecies_encryptです）以前に確保されているバッファ：

unsigned char * ecies_decrypt(char *key, secure_t *cryptex, size_t *length) { 

HMAC_CTX hmac; 
size_t key_length; 
int output_length; 
EVP_CIPHER_CTX cipher; 
EC_KEY *user, *ephemeral; 
unsigned int mac_length = EVP_MAX_MD_SIZE; 
unsigned char envelope_key[SHA512_DIGEST_LENGTH], iv[EVP_MAX_IV_LENGTH], md[EVP_MAX_MD_SIZE], *block, *output; 

// Simple sanity check. 
if (!key || !cryptex || !length) { 
    printf("Invalid parameters passed in.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Make sure we are generating enough key material for the symmetric ciphers. 
else if ((key_length = EVP_CIPHER_key_length(ECIES_CIPHER)) * 2 > SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("The key derivation method will not produce enough envelope key material for the chosen ciphers. {envelope = %i/required = %zu}", SHA512_DIGEST_LENGTH/8, 
      (key_length * 2)/8); 
    return NULL; 
} 

// Convert the user's public key from hex into a full EC_KEY structure. 
else if (!(user = ecies_key_create_private_hex(key))) { 
    printf("Invalid private key provided.\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create the ephemeral key used specifically for this block of data. 
else if (!(ephemeral = ecies_key_create_public_octets(secure_key_data(cryptex), secure_key_length(cryptex)))) { 
    printf("An error occurred while trying to recreate the ephemeral key.\n"); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// Use the intersection of the provided keys to generate the envelope data used by the ciphers below. The ecies_key_derivation() function uses 
// SHA 512 to ensure we have a sufficient amount of envelope key material and that the material created is sufficiently secure. 
else if (ECDH_compute_key(envelope_key, SHA512_DIGEST_LENGTH, EC_KEY_get0_public_key(ephemeral), user, ecies_key_derivation) != SHA512_DIGEST_LENGTH) { 
    printf("An error occurred while trying to compute the envelope key. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EC_KEY_free(ephemeral); 
    EC_KEY_free(user); 
    return NULL; 
} 

// The envelope key material has been extracted, so we no longer need the user and ephemeral keys. 
EC_KEY_free(ephemeral); 
EC_KEY_free(user); 

// Use the authenticated hash of the ciphered data to ensure it was not modified after being encrypted. 
HMAC_CTX_init(&hmac); 

// At the moment we are generating the hash using encrypted data. At some point we may want to validate the original text instead. 
if (HMAC_Init_ex(&hmac, envelope_key + key_length, key_length, ECIES_HASHER, NULL) != 1 || HMAC_Update(&hmac, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) 
     != 1 || HMAC_Final(&hmac, md, &mac_length) != 1) { 
    printf("Unable to generate the authentication code needed for validation. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 
    return NULL; 
} 

HMAC_CTX_cleanup(&hmac); 

// We can use the generated hash to ensure the encrypted data was not altered after being encrypted. 
if (mac_length != secure_mac_length(cryptex) || memcmp(md, secure_mac_data(cryptex), mac_length)) { 
    printf("The authentication code was invalid! The ciphered data has been corrupted!\n"); 
    return NULL; 
} 

// Create a buffer to hold the result. 
output_length = secure_body_length(cryptex); 
if (!(block = output = malloc(output_length + 1))) { 
    printf("An error occurred while trying to allocate memory for the decrypted data.\n"); 
    return NULL; 
} 

// For now we use an empty initialization vector. We also clear out the result buffer just to be on the safe side. 
memset(iv, 0, EVP_MAX_IV_LENGTH); 
memset(output, 0, output_length + 1); 

EVP_CIPHER_CTX_init(&cipher); 

// Decrypt the data using the chosen symmetric cipher. 
if (EVP_DecryptInit_ex(&cipher, ECIES_CIPHER, NULL, envelope_key, iv) != 1 || EVP_CIPHER_CTX_set_padding(&cipher, 0) != 1 || EVP_DecryptUpdate(&cipher, block, 
     &output_length, secure_body_data(cryptex), secure_body_length(cryptex)) != 1) { 
    printf("Unable to decrypt the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

block += output_length; 
if ((output_length = secure_body_length(cryptex) - output_length) != 0) { 
    printf("The symmetric cipher failed to properly decrypt the correct amount of data!\n"); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

if (EVP_DecryptFinal_ex(&cipher, block, &output_length) != 1) { 
    printf("Unable to decrypt the data using the chosen symmetric cipher. {error = %s}\n", ERR_error_string(ERR_get_error(), NULL)); 
    EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 
    free(output); 
    return NULL; 
} 

EVP_CIPHER_CTX_cleanup(&cipher); 

*length = secure_orig_length(cryptex); 
return output; 
} 

私は個人的にECCを使用してファイルとOpenSSLライブラリを保護する方法の他の例を見つけることができなかったので、私はこれを掲示しています。それは、OpenSSLを使用しない代替案に言及する価値があると述べました。一つは私の例に似たパターンに従うseccureですが、libgcryptだけに依存しています。 libgcryptは必要なすべての基本的なECC機能を提供しないため、seccureプログラムはギャップを埋めるとともに、libgcryptにないECCロジックを実装します。

もう1つのプログラムはSKSですが、上記の例と同様のECCベースの暗号化プロセスを使用していますが、外部依存関係はありません（すべてのECCコードが表示されます）。