Microsoft CryptoAPI加密技術（一）
在這個信息爆炸的時代，我們不得不對信息的安全提高警惕。加密作爲保障數據信息安全的一種方式，越來越受到人們的關注。
下面，我將把自己對Microsoft CryptoAPI的一些膚淺的理解與大家共享，有什麼不妥之處望不吝賜教。
一、 加密方法：
當初，計算機的研究就是爲了破解德國人的密碼，人們並沒有想到計算機給今天帶來的信息革命。隨着計算機的發展，運算能力的增強，密碼學已經取得了巨大的進展。大體來說有以下幾種形式。
1、 公用密鑰加密技術
加密和解密使用不同的密鑰，分別叫做“公鑰”和“私鑰”。顧名思義，“私鑰”就是不能讓別人知道的，而“公鑰”就是可以公開的。這兩個必須配對使用，用公鑰加密的數據必須用與其對應的私鑰才能解開。這種技術安全性高，得到廣泛運用，但是效率太低。
2、 對稱密鑰加密技術
要求加密和解密過程使用相同的密鑰，這樣，密鑰必須只能被加解密雙方知道，否則就不安全。這種技術安全性不高，但是效率高。
3、 結合公用和對稱密鑰加密技術
公鑰加密技術以速度爲代價換取了高安全性，而對稱加密以低安全換取高性能，所以另一種常見的加密方法就是結合以上兩種技術。
用對稱加密算法對數據進行加密，然後使用更安全的但效率更低的公鑰加密算法對對稱密鑰進行加密。
4、 數字簽名和鑑別
就是對已經加密的數據“簽名”，這樣接收者可以知道加密的數據的來源，以及是否被更改。
二、 CryptoAPI
微軟的CryptoAPI是PKI推薦使用的加密 API。其功能是爲應用程序開發者提供在Win32環境下使用加密、驗證等安全服務時的標準加密接口。CryptoAPI處於應用程序和CSP（cryptographic service provider）之間（見圖一）。
CryptoAPI的編程模型同Windows系統的圖形設備接口 GDI比較類似，其中加密服務提供者CSP等同於圖形設備驅動程序 ，加密硬件（可選）等同於圖形硬件，其上層的應用程序也類似，都不需要同設備驅動程序和硬件直接打交道。
CryptoAPI共有五部分組成：簡單消息函數（Simplified Message Functions）、低層消息函數（Low-level Message Functions）、基本加密函數（Base Cryptographic Functions）、證書編解碼函數（Certificate Encode/Decode Functions）和證書庫管理函數（Certificate Store Functions）。其中前三者可用於對敏感信息進行加密或簽名處理，可保證網絡傳輸信心的私有性；後兩者通過對證書的使用，可保證網絡信息交流中的認證性。
三、 CSP
看到這裏，大家也許對CSP還比較迷惑。其實CSP是真正實行加密的獨立模塊，他既可以由軟件實現也可以由硬件實現。但是他必須符合CryptoAPI接口的規範。
每個CSP都有一個名字和一個類型。每個CSP的名字是唯一的，這樣便於CryptoAPI找到對應的CSP。目前已經有9種CSP類型，並且還在增長。下表列出出它們支持的密鑰交換算法、簽名算法、對稱加密算法和Hash算法。
(表一)
CSP類型 交換算法 簽名算法 對稱加密算法 Hash算法
PROV_RSA_FULL RSA RSA RC2
RC4 MD5
SHA
PROV_RSA_SIG none RSA none MD5
SHA
PROV_RSA_SCHANNEL RSA RSA RC4
DES
Triple DES MD5
SHA
PROV_DSS DSS none DSS MD5
SHA
PROV_DSS_DH DH DSS CYLINK_MEK MD5
SHA
PROV_DH_SCHANNEL DH DSS DES
Triple DES MD5
SHA
PROV_FORTEZZA KEA DSS Skipjack SHA
PROV_MS_EXCHANGE RSA RSA CAST MD5
PROV_SSL RSA RSA Varies Varies
從圖一可以看到，每個CSP有一個密鑰庫，密鑰庫用於存儲密鑰。而每個密鑰庫包括一個或多個密鑰容器（Key Containers）。每個密鑰容器中含屬於一個特定用戶的所有密鑰對。每個密鑰容器被賦予一個唯一的名字。在銷燬密鑰容器前CSP將永久保存每一個密鑰容器，包括保存每個密鑰容器中的公/私鑰對（見圖二）。
四、 創建密鑰容器，得到CSP句柄
說了這麼多隻是一些理論性的東西，後面將詳細介紹一下Microsoft CryptoAPI的使用方法。
我們已經提過，每一個CSP都有一個名字和一個類型，並且名字保證唯一。所以可以通過名字和類型得到一個CSP。然而，要想加密肯定需要密鑰，那麼密鑰放哪裏呢？對了，就放在密鑰容器。（有人會問，密碼庫有什麼用？其實密鑰庫是在安裝CSP的時候已經存在了，他與CSP是相對應的。）但是密鑰容器並不是一開始就存在的，需要用戶去創建。下面的代碼實現以上功能（得到CSP即密碼容器）。
if(CryptAcquireContext(&hCryptProv, // 返回CSP句柄UserName, // 密碼容器名NULL, // NULL時使用默認CSP名（微軟RSA Base Provider）PROV_RSA_FULL, // CSP類型0)) // Flag values{//以UserName爲名的密鑰容器存在，那麼我們已經得到了CSP的句柄 printf("A crypto context with the %s key container /n", UserName); printf("has been acquired./n/n");}else //如果密鑰容器不存在，我們需要創建這個密鑰容器{ if(CryptAcquireContext( &hCryptProv, UserName, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET)) //創建以UserName爲名的密鑰容器 { //創建密鑰容器成功，並得到CSP句柄 printf("A new key container has been created./n"); } else { HandleError("Could not create a new key container./n"); }} // End of else好了，我們已經創建了密鑰容器，並得到了CSP的句柄。也可以這樣理解，我們得到了一個CSP的句柄，並且它被綁定到以UserName爲名的密鑰容器上。嘿嘿……
那麼，以後的加解密等操作，都將在這個CSP上進行。
可以如下刪除密鑰容器。
CryptAcquireContext(&hCryptProv, userName, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_DELETEKEYSET);
五、 一個文件加密的例子
看到這裏肯定有人開始說了，“這麼多廢話，還不快講怎麼加密怎麼解密！”您先別急，有些原理性的東西還是先了解了比較好，對以後的使用會有很大幫助。
言歸正傳，我們來看一段文件加密的代碼。
#include <stdio.h>#include <windows.h>#include <wincrypt.h>#define MY_ENCODING_TYPE (PKCS_7_ASN_ENCODING | X509_ASN_ENCODING)#define KEYLENGTH 0x00800000void HandleError(char *s);//--------------------------------------------------------------------// These additional #define statements are required.#define ENCRYPT_ALGORITHM CALG_RC4 #define ENCRYPT_BLOCK_SIZE 8 // Declare the function EncryptFile. The function definition// follows main.BOOL EncryptFile( PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword); //--------------------------------------------------------------------// Begin main.void main(void) { CHAR szSource[100]; CHAR szDestination[100]; CHAR szPassword[100]; printf("Encrypt a file. /n/n"); printf("Enter the name of the file to be encrypted: "); scanf("%s",szSource); printf("Enter the name of the output file: "); scanf("%s",szDestination); printf("Enter the password:"); scanf("%s",szPassword); //-------------------------------------------------------------------- // Call EncryptFile to do the actual encryption. if(EncryptFile(szSource, szDestination, szPassword)) { printf("Encryption of the file %s was a success. /n", szSource); printf("The encrypted data is in file %s./n",szDestination); } else { HandleError("Error encrypting file!"); } } // End of main//--------------------------------------------------------------------// Code for the function EncryptFile called by main.static BOOL EncryptFile( PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword) //-------------------------------------------------------------------- // Parameters passed are: // szSource, the name of the input, a plaintext file. // szDestination, the name of the output, an encrypted file to be // created. // szPassword, the password.{ //-------------------------------------------------------------------- // Declare and initialize local variables. FILE *hSource; FILE *hDestination; HCRYPTPROV hCryptProv; HCRYPTKEY hKey; HCRYPTHASH hHash; PBYTE pbBuffer; DWORD dwBlockLen; DWORD dwBufferLen; DWORD dwCount; //-------------------------------------------------------------------- // Open source file. if(hSource = fopen(szSource,"rb")) { printf("The source plaintext file, %s, is open. /n", szSource); } else { HandleError("Error opening source plaintext file!"); } //-------------------------------------------------------------------- // Open destination file. if(hDestination = fopen(szDestination,"wb")) { printf("Destination file %s is open. /n", szDestination); } else { HandleError("Error opening destination ciphertext file!"); } //以下獲得一個CSP句柄 if(CryptAcquireContext( &hCryptProv, NULL, //NULL表示使用默認密鑰容器，默認密鑰容器名//爲用戶登陸名 NULL, PROV_RSA_FULL, 0)) { printf("A cryptographic provider has been acquired. /n"); } else { if(CryptAcquireContext( &hCryptProv, NULL, NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET))//創建密鑰容器 { //創建密鑰容器成功，並得到CSP句柄 printf("A new key container has been created./n"); } else { HandleError("Could not create a new key container./n"); } } //-------------------------------------------------------------------- // 創建一個會話密鑰（session key） // 會話密鑰也叫對稱密鑰，用於對稱加密算法。 // （注: 一個Session是指從調用函數CryptAcquireContext到調用函數 // CryptReleaseContext 期間的階段。會話密鑰只能存在於一個會話過程） //-------------------------------------------------------------------- // Create a hash object. if(CryptCreateHash( hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)) { printf("A hash object has been created. /n"); } else { HandleError("Error during CryptCreateHash!/n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 用輸入的密碼產生一個散列 if(CryptHashData( hHash, (BYTE *)szPassword, strlen(szPassword), 0)) { printf("The password has been added to the hash. /n"); } else { HandleError("Error during CryptHashData. /n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 通過散列生成會話密鑰 if(CryptDeriveKey( hCryptProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, KEYLENGTH, &hKey)) { printf("An encryption key is derived from the password hash. /n"); } else { HandleError("Error during CryptDeriveKey!/n"); } //-------------------------------------------------------------------- // Destroy the hash object. CryptDestroyHash(hHash); hHash = NULL; //-------------------------------------------------------------------- // The session key is now ready. //-------------------------------------------------------------------- // 因爲加密算法是按ENCRYPT_BLOCK_SIZE 大小的塊加密的，所以被加密的// 數據長度必須是ENCRYPT_BLOCK_SIZE 的整數倍。下面計算一次加密的// 數據長度。 dwBlockLen = 1000 - 1000 % ENCRYPT_BLOCK_SIZE; //-------------------------------------------------------------------- // Determine the block size. If a block cipher is used, // it must have room for an extra block. if(ENCRYPT_BLOCK_SIZE > 1) dwBufferLen = dwBlockLen + ENCRYPT_BLOCK_SIZE; else dwBufferLen = dwBlockLen; //-------------------------------------------------------------------- // Allocate memory. if(pbBuffer = (BYTE *)malloc(dwBufferLen)) { printf("Memory has been allocated for the buffer. /n"); } else { HandleError("Out of memory. /n"); } //-------------------------------------------------------------------- // In a do loop, encrypt the source file and write to the source file. do { //-------------------------------------------------------------------- // Read up to dwBlockLen bytes from the source file. dwCount = fread(pbBuffer, 1, dwBlockLen, hSource); if(ferror(hSource)) { HandleError("Error reading plaintext!/n"); } //-------------------------------------------------------------------- // 加密數據 if(!CryptEncrypt( hKey, //密鑰 0, //如果數據同時進行散列和加密，這裏傳入一個//散列對象 feof(hSource), //如果是最後一個被加密的塊，輸入TRUE.如果不是輸. //入FALSE這裏通過判斷是否到文件尾來決定是否爲//最後一塊。 0, //保留 pbBuffer, //輸入被加密數據，輸出加密後的數據 &dwCount, //輸入被加密數據實際長度，輸出加密後數據長度 dwBufferLen)) //pbBuffer的大小。 { HandleError("Error during CryptEncrypt. /n"); } //-------------------------------------------------------------------- // Write data to the destination file. fwrite(pbBuffer, 1, dwCount, hDestination); if(ferror(hDestination)) { HandleError("Error writing ciphertext."); } } while(!feof(hSource)); //-------------------------------------------------------------------- // End the do loop when the last block of the source file has been // read, encrypted, and written to the destination file. //-------------------------------------------------------------------- // Close files. if(hSource) fclose(hSource); if(hDestination) fclose(hDestination); //-------------------------------------------------------------------- // Free memory. if(pbBuffer) free(pbBuffer); //-------------------------------------------------------------------- // Destroy session key. if(hKey) CryptDestroyKey(hKey); //-------------------------------------------------------------------- // Destroy hash object. if(hHash) CryptDestroyHash(hHash); //-------------------------------------------------------------------- // Release provider handle. if(hCryptProv) CryptReleaseContext(hCryptProv, 0); return(TRUE); } // End of Encryptfile//--------------------------------------------------------------------// This example uses the function HandleError, a simple error// handling function, to print an error message to the standard error // (stderr) file and exit the program. // For most applications, replace this function with one // that does more extensive error reporting.void HandleError(char *s){ fprintf(stderr,"An error occurred in running the program. /n"); fprintf(stderr,"%s/n",s); fprintf(stderr, "Error number %x./n", GetLastError()); fprintf(stderr, "Program terminating. /n"); exit(1);} // End of HandleError上面的代碼來自MSDN，並作了修改。註釋已經很詳細了，這裏就不贅述了，
解密與加密大同小異，大家可以自己看代碼。
這次先寫這麼多，也許很多人覺得我寫這些大家都知道，並且也太簡單了。不要急慢慢來，嘿嘿：）接下來會有一些比較深入和實用的技術。
參考：
本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/snaill/archive/2006/06/15/800031.aspx
