Practice of Asymmetric-Key Alg

  继续趁热打铁，实践下非对称算法怎么在openssl里怎么用。

Generation of Key Pairs

  同样的，非对称算法首先要生成公私钥对。对称算法的密钥随机生成即可，非对称算法的密钥却要符合一定的要求，比如RSA密钥的产生首先要找两个大素数，然后根据欧拉定理等等推出公钥和私钥。本例中通过openssl来生成RSA和SM2的公私钥。

RSA

  先生成私钥：

openssl genrsa -out rsa_4096_private.pem 4096

  .pem文件里是base64 encoded data，大致结构为：

    RSAPrivateKey ::= SEQUENCE {
      version   Version,
      modulus   INTEGER,  -- n
      publicExponent    INTEGER,  -- e
      privateExponent   INTEGER,  -- d
      prime1    INTEGER,  -- p
      prime2    INTEGER,  -- q
      exponent1 INTEGER,  -- d mod (p-1)
      exponent2 INTEGER,  -- d mod (q-1)
      coefficient   INTEGER,  -- (inverse of q) mod p
      otherPrimeInfos   OtherPrimeInfos OPTIONAL
    }

  该结构里包含：

1. 两个大素数p和q
2. p和q的乘积n
3. 随机选择的整数e（为了加快计算速度，一般为65537，即0x10001）
4. 用欧拉函数和辗转相除法得到的d

  其中（n，e）为公钥，（n，d）为私钥。

  感兴趣的可以用以下命令查看：

openssl pkey -in rsa_4096_private.pem -text -noout

  根据私钥生成公钥，其实就是输出（n，e）：

openssl rsa -in rsa_4096_private.pem -pubout -out rsa_4096_public.pem -outform PEM 

  输出格式为：

    RSAPublicKey ::= SEQUENCE {
      modulus   INTEGER,  -- n
      publicExponent    INTEGER   -- e
    }

  可用以下命令查看：

openssl pkey -pubin -in rsa_4096_public.pem -text -noout

SM2

  SM2是ECC的一种，原理和RSA完全不同，它的私钥是一串随机数，强度上256bit的密钥就可以媲美RSA-3072。密钥生成command如下：

openssl genpkey -algorithm EC -pkeyopt ec_paramgen_curve:sm2 -out sm2_private.pem

  导出公钥：

openssl pkey -in sm2_private.pem -pubout -out sm2_public.pem

  查看也是一样：

openssl pkey -in sm2_private.pem -text -noout
openssl pkey -pubin -in sm2_public.pem -text -noout

Encrypt and Decrypt

RSA

  公钥加密：

openssl pkeyutl -encrypt -inkey rsa_4096_public.pem -pubin -in hello_world.txt -out hello_world.txt.rsa_4096.enc

  私钥解密：

openssl pkeyutl -decrypt -inkey rsa_4096_private.pem -in hello_world.txt.rsa_4096.enc -out hello_world.txt.rsa_4096.dec

SM

  公钥加密：

openssl pkeyutl -encrypt -inkey sm2_public.pem -pubin -in hello_world.txt -out hello_world.txt.sm2.enc

  私钥解密：

openssl pkeyutl -decrypt -inkey sm2_private.pem -in hello_world.txt.sm2.enc -out hello_world.txt.sm2.dec

由于非对称加解密算法相比对称加解密算法性能相差很多，一般只对小数据进行加解密。OPENSSL本身就有这个限制。

Sign and Verify

  其实sign&verify和encrypt&decrypt的区别就是公私钥互换了以下，目的也不同：

1. 签名由私钥对数据摘要进行加密，公钥分发出去，使用数据的用户用公钥验签保证拿到的数据完整性
2. 加解密则是用户用公钥把加密的数据发给接收端，接收端拿私钥解开以保证数据的私密性

RSA

  私钥签名：

openssl pkeyutl -sign -inkey rsa_4096_private.pem -in hash.txt -out hash.txt.rsa_4096_sha256.sign -rawin -digest sha256

  公钥验签：

openssl pkeyutl -verify -inkey rsa_4096_public.pem -pubin -in hash.txt -sigfile hash.txt.rsa_4096_sha256.sign -rawin -digest sha256

SM

  私钥签名：

openssl pkeyutl -sign -inkey sm2_private.pem -in hash.txt -out hash.txt.sm2.sign -rawin -digest sm3

  公钥验签：

openssl pkeyutl -verify -inkey sm2_public.pem -pubin -in hash.txt -sigfile hash.txt.sm2.sign -rawin -digest sm3

注：

1. openssl并非只有这一种命令格式
2. 签名一般都对hash值进行签名

Reference

RSA Private Key File
openssl-pkey
Elliptic Curve Cryptography
Elliptic Curve Cryptography2
opensll-pkeyutl