实验一-密码引擎-加密API研究

密码引擎API的主要标准和规范包括：
1 微软的Crypto API
2 RAS公司的PKCS#11标准
3 中国商用密码标准：GMT 0016-2012 智能密码钥匙密码应用接口规范，GMT 0018-2012密码设备应用接口规范等

研究以上API接口，总结他们的异同，并以龙脉GM3000Key为例，写出调用不同接口的代码，提交博客链接和代码链接。

一、微软的Crypto API

Windows CryptoAPI是Microsoft 公司提出的安全加密应用服务框架，也是PKI推荐使用的加密 API。它提供了在Win32 环境下使用认证、编码、加密和签名等安全服务时的标准加密接口，用于增强应用程序的安全性与可控性。

CryptoAPI 提供的功能主要有：密钥管理、数据加密和解密、数字签名和验证、证书管理、可信根证书管理、数据编码和解码、数字证书编码和解码、PKCS#7 标准格式编码和解码等。

在微软加密服务体系中，加密服务相关的所有操作都在CSP实现，它是真正实行加密相关服务的独立模块，既可以由软件实现也可以由硬件实现，但是必须符合CryptoAPI接口的规范。每个CSP必须包含有一个动态链接库和一个签名文件，签名文件用于保证底层的CSP 的安全性，CryptoAPI 接口在加载每个CSP 时，需要验证CSP 的签名，如果签名无效，则拒绝加载，CSP 的签名由微软公司签发。同时，每个CSP都有一个名字和一个类型，名字必须唯一的，这样便于CryptoAPI找到对应的CSP。加密服务标准被分为不同的家族，每种家族包含自己的一系列数据格式和协议，不同的家族有不同的数据格式或协议等。在CryptoAPI中，每种CSP类型代表不同的家族。目前已经有9种CSP类型，并且还在增长，不同类型支持的密钥交换算法、签名算法、对称加密算法和Hash算法等如下表所示。

CSP类型	交换算法	签名算法	对称加密算法	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

Crypto API的结构框架

CPS函数接口

名称	描述
连接函数
CPAcquireContext	为应用程序创建一个上下文
CPGetProvParam	获取CSP相关信息
CPReleaseContext	释放CPAcquireContext获取的上下文
CPGetProvParam	设置CSP相关参数
密钥生成和交换函数
CPDeriveKey	从一个数据散列中生成一个会话密钥，保证生成的密钥互不相同
CPDestroyKey	释放密钥句柄，释放后密钥句柄无效，密钥将不能再被访问
CPDuplicateKey	创建密钥的拷贝
CPExportKey	从CSP密钥容器中导出密钥
CPImportKey	从一个Blob中导入密钥到CSP容器中
CPGenKey	生成密钥或者密钥对
CPGenRandom	生成随机数
CPSetKeyParam	设置密钥属性
CPGetKeyParam	获取密钥属性
CPGetUserKey	获取密钥容器中持久密钥对
数据加密函数
CPEncrypt	加密明文
CPDecrypt	解密密文
散列和数字签名函数
CPCreateHash	初始化散列对象
CPDestroyHash	删除散列对象
CPDublicateHash	创建散列对象拷贝
CPSetHashParam	设置散列对象属性
CPGetHashParam	获取散列对象属性
CPHashData	散列输入数据
CPHashSessionKey	散列一个会话密钥
CPSignHash	签名一个散列对象
CPVerifySignature	验证一个散列对象

实践代码：

#include "tool.h"
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#include <stdio.h>
#include <QDebug>

BOOL CalHash(unsigned char* src,  unsigned char* hash,  int len)
{
    HCRYPTPROV hCryptProv;  //定义一个CSP模块的句柄。“CSP模块，请查看《加密解密二》222页，那里有简单的说明，这里就不说了。
      LPCTSTR pszContainerName = TEXT("Hash");//用一个TEXT宏定义一个容器的名字，
      if(CryptAcquireContext(  //这个函数是获取有某个容器的CSP模块的指针，成功返回TRUE。
        &hCryptProv,    //指向一个CSP模块句柄指针，里面用指定的容器
        pszContainerName, //指定容器的名称
        NULL,       //这个参数这里用的是缺省值，指得是缺省得CSP模块，你也可以传入一个LPCTSTR类型的字符串，指定CSP模块
        PROV_RSA_AES, //确定密钥的类型
        0))
      {
        printf("CSP Create Success\n");
      }else   //不成功的处理段
      {
           if(GetLastError() == NTE_BAD_KEYSET) // NTE_BAD_KEYSET意味着密钥容器不存在，下面就去创建一个新的密钥容器
           {
            if(CryptAcquireContext(&hCryptProv,
                pszContainerName,NULL,PROV_RSA_AES,
                CRYPT_NEWKEYSET)) // CRYPT_NEWKEYSET意味着当指定容器不存在的时候，去创建一个容器。
            {
                 printf("A new key container has been created.\n");
            }else
            {
                printf("CSP Create Fail\n");
                return FALSE;
            }
           }    
       }


  HCRYPTHASH hHash;
  //创建hash对象
  if(!CryptCreateHash( hCryptProv,
             CALG_MD5,
             0,
             0,
             &hHash))
  {
    printf("CryptCreateHash fail!");
    return FALSE;
  }

  if(!CryptHashData( hHash,
            (BYTE*)src,
            len,
            0
            ))
  {
    printf("CryptHashData fail!");
    return FALSE;
  }

  DWORD dwHashLen= 16;
  if(!CryptGetHashParam(hHash,
             HP_HASHVAL,
             (BYTE*)hash,
             &dwHashLen,
             0))
  {
    printf("CryptGetHashParam fail!");
    return FALSE;
  }

  CryptDestroyHash(hHash);
  CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  return TRUE;
}


BOOL Encrypt(unsigned char* src,
       unsigned char* dest,
       char* passwd
       )

{
  HCRYPTPROV hCryptProv;  //定义一个CSP模块的句柄。“CSP模块，请查看《加密解密二》222页，那里有简单的说明，这里就不说了。
  LPCTSTR pszContainerName = TEXT("Encrypt");//用一个TEXT宏定义一个容器的名字，
  if(CryptAcquireContext(  //这个函数是获取有某个容器的CSP模块的指针，成功返回TRUE。
               &hCryptProv,    //指向一个CSP模块句柄指针，里面用指定的容器
               pszContainerName, //指定容器的名称
               NULL,       //这个参数这里用的是缺省值，指得是缺省得CSP模块，你也可以传入一个LPCTSTR类型的字符串，指定CSP模块
               PROV_RSA_AES, //确定密钥的类型
               0))
  {
    printf("CSP Create Success\n");
  }
  else
  {
    //不成功的处理段
    if(GetLastError() == NTE_BAD_KEYSET) // NTE_BAD_KEYSET意味着密钥容器不存在，下面就去创建一个新的密钥容器
    {
      if(CryptAcquireContext(&hCryptProv,
                  pszContainerName,NULL,PROV_RSA_AES,
                  CRYPT_NEWKEYSET)) // CRYPT_NEWKEYSET意味着当指定容器不存在的时候，去创建一个容器
      {
        printf("A new key container has been created.\n");
      }
  }
  HCRYPTHASH hCryptHash;
  //创建hash对象
  if(!CryptCreateHash( hCryptProv,
             CALG_MD5,
             0,
             0,
             &hCryptHash))
  {
    printf("CryptCreateHash fail!");
    return FALSE;
  }

  //用输入的密码作哈稀散列

  if(!CryptHashData( hCryptHash,lse
  {
    printf("CSP Create Fail\n");
    return FALSE;
  }

}
            (BYTE*)passwd,
            strlen(passwd),
            0))
  {
    printf("CryptHashData fail!");
    return FALSE;
  }

  //用哈稀散列生成会话密钥
  HCRYPTKEY hCryptKey;
  if(!CryptDeriveKey(hCryptProv,
            CALG_AES_128,
            hCryptHash,
            CRYPT_EXPORTABLE,
            &hCryptKey
            ))
  {
    printf("CryptDeriveKey fail!");
    return FALSE;
  }

  //对文件进行加密,hCryptKey已经与加密算法相关联了CALG_AES_128
  unsigned char buf[16];
  DWORD lenght = 16;
  memcpy(buf,src,16);
  if(!CryptEncrypt(hCryptKey,
           NULL,//如果数据同时进行散列和加密，这里传入一个散列对象
           0,//如果是最后一个块为TRUE
           0,
           (BYTE*)buf,//输入被加密的数据，输出加密数据
           &lenght,//输入输入数据长度，输出加密后数据长度
           16
           ))
  {
    qDebug() << "errre";
    qDebug() << GetLastError();
  }

  memcpy(dest,buf,16);
  CryptDestroyHash(hCryptHash);
  CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  return TRUE;
}

BOOL Decrypt(unsigned char* src,
       unsigned char* dest,
       char* passwd
       )
{

  HCRYPTPROV hCryptProv;  //定义一个CSP模块的句柄。“CSP模块，请查看《加密解密二》222页，那里有简单的说明，这里就不说了。
  LPCTSTR pszContainerName = TEXT("Decrypt");//用一个TEXT宏定义一个容器的名字，
  if(CryptAcquireContext(  //这个函数是获取有某个容器的CSP模块的指针，成功返回TRUE。
               &hCryptProv,    //指向一个CSP模块句柄指针，里面用指定的容器
               pszContainerName, //指定容器的名称
               NULL,       //这个参数这里用的是缺省值，指得是缺省得CSP模块，你也可以传入一个LPCTSTR类型的字符串，指定CSP模块
               PROV_RSA_AES, //确定密钥的类型
               0))   //常设为0，还有些其他的类型，请看MSDN
  {
    printf("CSP Create Success\n");
  }
  else
  {
    //不成功的处理段
    if(GetLastError() == NTE_BAD_KEYSET) // NTE_BAD_KEYSET意味着密钥容器不存在，下面就去创建一个新的密钥容器
    {
      if(CryptAcquireContext(&hCryptProv,
                  pszContainerName,NULL,PROV_RSA_AES,
                  CRYPT_NEWKEYSET)) // CRYPT_NEWKEYSET意味着当指定容器不存在的时候，去创建一个容器。
      {
        printf("A new key container has been created.\n");
      }
      else
      {
        printf("CSP Create Fail\n");
        return FALSE;
      }
    }
  }
  HCRYPTHASH hCryptHash;
  //创建hash对象
  if(!CryptCreateHash( hCryptProv,
             CALG_MD5,
             0,
             0,
             &hCryptHash))
  {
    printf("CryptCreateHash fail!");
    return FALSE;
  }

  //用输入的密码作哈稀散列

  if(!CryptHashData( hCryptHash,
            (BYTE*)passwd,
            strlen(passwd),
            0
            ))
  {
    printf("CryptHashData fail!");
    return FALSE;
  }

  //用哈稀散列生成会话密钥
  HCRYPTKEY hCryptKey;
  if(!CryptDeriveKey(hCryptProv,
            CALG_AES_128,
            hCryptHash,
            CRYPT_EXPORTABLE,
            &hCryptKey
            ))
  {
    printf("CryptDeriveKey fail!");
    return FALSE;
  }

  CryptDestroyHash(hCryptHash);

  //对文件进行加密,hCryptKey已经与加密算法相关联了CALG_AES_128

  unsigned char buf[16];
  DWORD lenght = 16;
  memcpy(buf,src,16);
  CryptDecrypt(hCryptKey,
         NULL,//如果数据同时进行散列和加密，这里传入一个散列对象
         0,//如果是最后一个块为TRUE
         0,
         (BYTE*)buf,//输入被加密的数据，输出加密数据
         &lenght//输入输入数据长度，输出加密后数据长度
         );

  memcpy(dest,buf,16);
  CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  return TRUE;
}

BOOL Sign(unsigned char* src,
     unsigned char* dest,
     int      len)
{
  HCRYPTPROV hCryptProv;  //定义一个CSP模块的句柄。“CSP模块，请查看《加密解密二》222页，那里有简单的说明，这里就不说了。
  LPCTSTR pszContainerName = TEXT("Decrypt");//用一个TEXT宏定义一个容器的名字，
  if(CryptAcquireContext(  //这个函数是获取有某个容器的CSP模块的指针，成功返回TRUE。
              &hCryptProv,    //指向一个CSP模块句柄指针，里面用指定的容器
               pszContainerName, //指定容器的名称
               NULL,       //这个参数这里用的是缺省值，指得是缺省得CSP模块，你也可以传入一个LPCTSTR类型的字符串，指定CSP模块
               PROV_RSA_FULL, //确定密钥的类型
               0))   //常设为0，还有些其他的类型，请看MSDN
  {
    printf("CSP Create Success\n");
  }
  else
  {
    //不成功的处理段
    if(GetLastError() == NTE_BAD_KEYSET) // NTE_BAD_KEYSET意味着密钥容器不存在，下面就去创建一个新的密钥容器
    {
     if(CryptAcquireContext(&hCryptProv,
                  pszContainerName,NULL,PROV_RSA_AES,
                  CRYPT_NEWKEYSET)) // CRYPT_NEWKEYSET意味着当指定容器不存在的时候，去创建一个容器。
      {
        printf("A new key container has been created.\n");
      }
      else
      {
        printf("CSP Create Fail\n");
        return FALSE;
      }
    }
  }

  HCRYPTKEY hKey;     //创建一个密钥句柄
  if(CryptGetUserKey( // CryptGetUserKey是获取一个密钥句柄的函数，成功返回TRUE
             hCryptProv,  //指定容器的CSP模块句柄
             AT_SIGNATURE,  //指定私钥的类型
             &hKey))  //原来接收获取的密钥句柄
  {
    printf("A signature key is available.\n");
  }
  else
  {
    printf("No signature key is available.\n");
    if(GetLastError() == NTE_NO_KEY) // NTE_NO_KEY意味着密钥不存在，下面就生成一个密钥
    {
      printf("The signature key does not exist.\n");
      printf("Create a signature key pair.\n");
      if(CryptGenKey( // CryptGenKey生成一个密钥
               hCryptProv, //指定CSP模块的句柄
               AT_SIGNATURE, //对于公钥密码系统，生成一个私钥和一个公钥，这个参数指定了这个密钥是公钥，于是生成了一个密码对。如果不是公钥系统，则指定了密码算法，具体看MSDN。
               0,  //指定了生成密钥的类型，这个参数的说明挺多的，想获取更为详尽的资料请看MSDN。
               &hKey))
      {
        printf("Created a signature key pair.\n");
      }
      else
      {
        printf("Created a signature key fail.\n");
        return FALSE;
      }
    }

    else
    {
      printf("An error other than NTE_NO_KEY ");
      return FALSE;
    }

  }
  HCRYPTHASH hHash;
  if(!CryptHashData( hHash,
            (BYTE*)src,
            len,
            0
            ))
  {
    printf("CryptHashData fail!");
    return FALSE;
  }

  DWORD lenght = 32;
  if(!CryptSignHash(hHash,AT_SIGNATURE,NULL,CRYPT_TYPE2_FORMAT,(BYTE*)dest,&lenght))
  {
    printf("CryptSignHash fail!");
    return FALSE;
  }

  if(hKey) //将密钥句柄销毁
  {
    if(!(CryptDestroyKey(hKey)))
    {
      printf("Error during CryptDestroyKey.");
    }
    hKey = NULL;
  }
  CryptDestroyHash(hHash);
  CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
  return TRUE;
}

char *qstoc(const QString Qstr)
{

  QByteArray ba = Qstr.toLatin1();
  char *c_str;
  c_str = (char *)malloc(ba.length() + 1);
  memset(c_str, 0, ba.length());
  memcpy(c_str, ba.data(), ba.length());
  c_str[ba.length()] = '\0';
  return c_str;
}