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2. 生成摘要3. 数字签名
二、对称加密算法1. 详细使用手册2. 加密3. 解密
三、密钥生成与处理1. 详细使用手册2. 生成密钥3. 导出公钥4. 密钥格式转化5. 查看密钥参数
四、非对称密钥算法1. 详细使用手册2. 加密3. 解密4. 签名5. 验签
五、 通用公钥算法指令（ECC为例）1. 详细使用手册2. 生成参数3. 生成密钥4. 密钥处理6. 签名验签ECDSA7. 密钥协商ECDH
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
-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
摘要默认输出为编码后的十六进制文件。-out
openssl dgst -SHA256 -binary -out dgst.d msg.txt
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
-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
-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
-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
-aes-128-cbc指定解密算法。-d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
-out
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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
-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
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
-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
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