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OpenSSL是为网络通信提供安全及数据完整性的开放源代码软件库包，囊括了主要的密码算法、常用的密钥和证书封装管理功能以及SSL协议。本笔记介绍了OpenSSL命令行的摘要算法、密钥生成与管理、对称加密算法、非对称加密算法、密钥协商算法、签名验签算法等命令的使用方法。以SHA、RSA、AES、ECC、ECDSA、ECDH等为例进行介绍。

文章目录

一、摘要算法

1. 详细使用手册
man openssl-dgst
2. 生成摘要

以SHA256为例。

openssl dgst -SHA256 -hex msg.txt

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  • -SHA256 使用SHA256哈希算法，支持的摘要算法可以通过openssl list -digest-algorithms查看。
  • -hex为摘要输出默认选项，输出为编码后、可识别（UTF-8等）的十六进制摘要。
openssl dgst -SHA256 -out dgst.d msg.txt

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  • 摘要默认输出为编码后的十六进制文件。
  • -out <filename> 选项，指定摘要输出文件。
openssl dgst -SHA256 -binary -out dgst.d msg.txt

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  • 若要后续进一步处理，应使用-binary选项输出二进制。

  • 使用hexdump工具查看二进制文件。可以发现二进制与之前生成的十六进制摘要一致。

3. 数字签名

生成签名：

openssl dgst -sha256 -sign rsa.key -out signature.sign msg.txt

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  • -sign 指定用于生成签名的私钥，无需指定算法，工具从key中识别。
  • 签名默认输出为二进制数据。

验证签名：

openssl dgst -sha256 -verify rsa_pub.key -signature signature.sign msg.txt

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  • -verify指定验签的公钥。
  • -signature指定签名文件。
  • 输出结果为：“Verified OK” 或 “Verification Failure”

二、对称加密算法

1. 详细使用手册
man openssl-enc
2. 加密

以AES为例

openssl enc -aes-128-cbc -e -a -p -pbkdf2 -in msg.txt -out chiper.enc

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  • -aes-128-cbc指定加密算法，在man openssl-enc中列出支持的算法。
  • -e表示加密
  • -a指定加密后的数据进行base64编码，以方便传输。
  • -pbkdf2表示使用pbkdf2算法生成密钥，迭代次数由-iter指定，否则使用默认迭代次数。
  • -p表示加密后，输出实际使用的盐、密钥和偏移值到标准输出。

在执行加密时，会让输入password，并不是实际加密的密钥。实际加密的密钥是根据输入的password，利用kdf算法（如pbkdf2）生成的。实际密钥和偏移值可以使用-p选项，在加密后输出。

同时，也可以通过-K key指定实际使用的密钥。

在加密的时候会默认加入随机值盐salt，使得每次加密的生成密钥和加密值不一致，增加爆破难度。可以使用-nosalt选项不使用盐，通过-p可以发现，password一致时，每次生成的key都一样的。

同样的，也可以使用-S salt指定使用的盐而不使用随机值。

3. 解密
openssl enc -aes-128-cbc -d -a -p -pbkdf2 -in chiper.enc -out plain.d

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  • -aes-128-cbc指定解密算法。
  • -e表示解密
  • -a指定先进行base64解码，再进行解密。
  • -pbkdf2表示加密时的密钥使用pbkdf2算法生成。
  • -p表示解密后，输出实际使用的盐、密钥和偏移值到标准输出。

三、密钥生成与处理

以RSA为例。

1. 详细使用手册
man openssl-genrsa	# RSA key generation
man openssl-genpkey	# common key generation for RSA, DSA, DH, EC and so on
man openssl-rsa		# RSA key processing
man openssl-pkey	# common key processing for RSA, DSA, DH, EC and so on
2. 生成密钥
openssl genrsa -out rsa.pem 1024

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  • -out <filename> 输出的密钥文件。
  • 最后（1024）指明密钥的位数，不得小于512，默认2048。

此处生成的私钥处于明文状态，需对私钥文件进行加密：

openssl genrsa -aes128 -out rsa.pem 1024

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  • -aes128 指定给密钥加密算法
3. 导出公钥
openssl rsa -in rsa.pem -pubout -out rsa_pub.pem

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  • -in指定输入的私钥文件。
  • -pubout：默认输出为私钥，利用该选项指定输出为公钥。

Ps： -in -out 默认都是私钥，当输入或输出为公钥时，要分别加上-pubin、-pubout。若输入已经加上-pubin时，若输出也为公钥-pubout一般不用加，因为输入为公钥，输出默认也为公钥。

该原则适用于以下所有openssl rsa指令。

  • -out指定输出公钥文件。
4. 密钥格式转化

默认生成和输入输出都是pem格式，可以进行pem和der格式转化。

# pub key PEM to DER
openssl rsa -pubin -in rsa_pub.pem -outform DER -out rsa_pub.der

# priv key PEM to DER
openssl rsa -in rsa.pem -outform DER -out rsa.der

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  • -outform 指定输出格式。
  • -pubin：默认输入为私钥，利用该选项指定输入为公钥。
5. 查看密钥参数
openssl rsa -in rsa.pem -text -noout

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  • -text指明输出密钥的组件
  • -noout指明不输出编码的密钥

四、非对称密钥算法

以RSA为例。rsautl在3.0版本被废弃，用pkeyutl代替。

1. 详细使用手册
man openssl-pkeyutl	
man openssl-rsautl	# The command rsautl was deprecated in version 3.0. Use 'pkeyutl' instead.
2. 加密
# RSA enc
openssl pkeyutl -encrypt -in msg.txt -pubin -inkey rsa_pub.pem -out rsa_chiper.enc

# RSA enc padding oaep
openssl pkeyutl -encrypt -in msg.txt -pubin -inkey rsa_pub.pem -out rsa_chiper.enc -pkeyopt rsa_padding_mode:oaep -pkeyopt rsa_oaep_md:sha256
  • -encrypt 表示加密
  • -in 要加密的文件
  • -pubin：默认输入私有密钥，表示输入密钥为公钥
  • -inkey 指明加密的公钥文件
  • -out输出的加密文件
  • 可通过-pkeyopt rsa_padding_mode:oaep指明填充模式为oaep
  • 可通过-pkeyopt rsa_oaep_md:sha256指明oaep使用的摘要算法为SHA256
3. 解密
# RSA dec
openssl pkeyutl -decrypt -in rsa_chiper.enc -inkey rsa.pem -out rsa_plain.d


# RSA dec padding oaep
openssl pkeyutl -decrypt -in rsa_chiper.enc -inkey rsa.pem -out rsa_plain.d -pkeyopt rsa_padding_mode:oaep -pkeyopt rsa_oaep_md:sha256

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  • -decrypt 表示解密
  • -in 要解密的文件
  • -inkey 指明解密的私钥文件
  • -out输出的解密文件
  • 可通过-pkeyopt rsa_padding_mode:oaep指明填充模式为oaep
  • 可通过-pkeyopt rsa_oaep_md:sha256指明oaep使用的摘要算法为SHA256
4. 签名
openssl pkeyutl -sign -inkey rsa.pem -in hash.dgst -out signature.sign

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  • -sign 表示签名操作
  • -inkey 指明签名的私钥
  • -in 指明被签名的hash文件（二进制）
  • -out 指明签名文件
5. 验签
openssl pkeyutl -verify -pubin -inkey rsa_pub.pem -in hash.dgst -sigfile signature.sign

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  • -verify 表明验签操作
  • -pubin：默认输入私有密钥，表示输入密钥为公钥
  • -inkey 指明签名的公钥
  • -in 指明被签名的hash文件（二进制）
  • -sigfile 指明签名文件

指令校验-sigfile文件是否为-in的签名，直接输出验证结果。

openssl pkeyutl -verifyrecover -hexdump -pubin -inkey rsa_pub.pem -in signature.sign

or

openssl pkeyutl -verifyrecover -pubin -inkey rsa_pub.pem -in signature.sign | hexdump

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  • -verify 表明验签操作
  • -pubin：默认输入私有密钥，表示输入密钥为公钥
  • -inkey 指明签名的公钥
  • -in 指明签名文件
  • -hexdump 显示输出的二进制文件，也可以不使用该选项，管道传输至hexdump解析。

该指令将-in文件恢复，对比可见输出数据和签名前的数据hash.dgst一致。

五、 通用公钥算法指令（ECC为例）

1. 详细使用手册
# common
man openssl-genkey
man openssl-pkey
man openssl-pkeyparam
man openssl-pkeyutl	

# EC
man openssl-ec
man openssl-ecparam

pkey、pkeyparam分别是ec和ecparam的通用版本，支持其他公钥算法的密钥和参数处理，而ec和ecparam只支持ec的相关操作。

2. 生成参数

查看支持的椭圆曲线

openssl ecparam -list_curves

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  • -list_curves 列出支持的椭圆曲线。

选择曲线生成参数

openssl genpkey -genparam -algorithm EC -out ec_param.pem -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp256k1 -pkeyopt ec_param_enc:named_curve

or

openssl ecparam -out ec_param_exp.pem -name secp256k1 -param_enc explicit

genpkey

  • -genparam指明生成参数
  • -algorithm指明公钥算法，参数生成支持DH, DSA和EC
  • -out指明输出的参数文件
  • -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp256k1指定曲线为P-256
  • -pkeyopt ec_param_enc:指定参数的编码方式，named_curve 通过曲线名字（OID）编码，explicit通过显式的参数（a, b, G, p, n, h）编码（下节text可见区别）

ecparam

  • -out指明输出的参数文件
  • -name指定参数的编码方式，named_curve 通过曲线名字（OID）编码，explicit通过显式的参数（a, b, G, p, n, h）编码（下节text可见区别）

显示曲线参数

openssl ecparam -in ec_param.pem -text
openssl ecparam -in ec_param_exp.pem -text

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  • -text 显示参数
  • -in指定输入参数文件
3. 生成密钥

从参数生成密钥

openssl genpkey -paramfile ec_param.pem -out eckey.pem
  • -paramfile 指定输入的参数文件
  • -out 指定输出的密钥文件

直接生成密钥

openssl genpkey -algorithm EC -out eckey.pem -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp256k1 -pkeyopt ec_param_enc:named_curve

or

openssl ecparam -out ec_key.pem -name secp256k1 -genkey

genpkey

  • -genparam指明生成参数
  • -algorithm指明公钥算法，密钥生成支持RSA, RSA-PSS, EC, X25519, X448, ED25519和ED448
  • -out指明输出的密钥文件
  • -pkeyopt ec_paramgen_curve:secp256k1指定曲线为P-256
  • -pkeyopt ec_param_enc:指定参数的编码方式，named_curve 通过曲线名字（OID）编码，explicit通过显式的参数编码

ecparam

  • -out指明输出的密钥文件
  • -name指定参数的编码方式，named_curve 通过曲线名字（OID）编码，explicit通过显式的参数编码
4. 密钥处理

对于EC算法，ec和pkey都可实现以下操作，下以ec为例，pkey可直接替换

输出公钥

openssl ec -in ec_key.pem -pubout -out ec_key_pub.pem

  • -in指定输入的私钥文件。

  • -pubout指定输出为公钥。

  • -out指定输出公钥文件。

私钥文件加密

openssl ec -in ec_key.pem -aes128 -out ec_key.pem

  • -in指定输入的私钥文件。

  • -aes128指定加密算法为aes128。

  • -out指定输出加密私钥文件。

显示密钥参数

openssl ec -in ec_key.pem -text

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6. 签名验签ECDSA
# signature
openssl pkeyutl -sign -inkey ec_key.pem -in hash.dgst -out signature.sign 
Enter pass phrase for ec_key.pem:

# verify
openssl pkeyutl -verify -pubin -inkey ec_key_pub.pem -in hash.dgst -sigfile signature.sign 
Signature Verified Successfully
  • 指令与RSA一致。
7. 密钥协商ECDH
openssl pkeyutl -derive -inkey ec_keyA.pem -peerkey ec_key_pubB.pem -out secretA
openssl pkeyutl -derive -inkey ec_keyB.pem -peerkey ec_key_pubA.pem -out secretB

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  • -derive 表示进行共享密钥导出
  • -inkey 指明己方私钥
  • -peerkey 指明对方公钥
  • -out 输出共享密钥

Ps： 学习笔记分享交流，如有错误欢迎指出。

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