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C++语言实现简单ECC加密解密
2023-07-04 04:03:34 深夜i     --     --
C++ ECC加密 加密解密

C++语言是一种常用的编程语言，也是实现加密算法的良好选择。其中，ECC（椭圆曲线加密）算法是一种非对称加密算法，被广泛应用于信息安全领域。本文将介绍如何使用C++语言实现简单的ECC加密解密。

1. 椭圆曲线参数的选择

使用ECC算法需要选择合适的椭圆曲线参数，包括椭圆曲线的方程、基点、模数等。这里我们使用secp256k1椭圆曲线参数，可以在Bitcoin和Ethereum等加密货币系统中找到。

2. 生成公私钥对

使用随机数生成器生成随机数作为私钥，然后根据私钥和椭圆曲线参数计算出公钥。这里需要使用椭圆曲线上的点加法和乘法等运算。

3. 加密数据

将需要加密的数据表示为椭圆曲线上的点，然后选择随机数作为加密密钥，将密钥和数据点相加得到加密结果。

4. 解密数据

将加密结果表示为椭圆曲线上的点，然后使用私钥和椭圆曲线参数计算出解密密钥，再将解密密钥和加密结果相减得到原始数据点。

5. 实现代码

以上操作可以通过C++代码实现。需要使用第三方库进行大数计算，如GMP、NTL等。以下是基于secp256k1参数的ECC加密解密代码示例：



#include <iostream>


#include <gmpxx.h>


#include <secp256k1.h>


// 椭圆曲线参数


secp256k1_context *ctx = secp256k1_context_create(SECP256K1_CONTEXT_VERIFY|SECP256K1_CONTEXT_SIGN);


mpz_class p("0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEFFFFFC2F", 16); // 素数


mpz_class a("0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", 16); // 系数a


mpz_class b("0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007", 16); // 系数b


secp256k1_scalar order; // 群阶


secp256k1_ge base_point; // 基点


// 随机数生成器


gmp_randclass randgen(gmp_randinit_default);


void seed_rng() { randgen.seed(time(0)); }


bool generate_key_pair(secp256k1_scalar &privkey, secp256k1_ge &pubkey)


{


  secp256k1_scalar_set_b32(&privkey, (const unsigned char *)randgen.get_flexible_array(32), nullptr);


  if (secp256k1_ec_pubkey_create(ctx, &pubkey, &privkey) != 1) return false;


  return true;


}


bool encrypt(const secp256k1_ge &data, const mpz_class &key, secp256k1_ge &result)


{


  secp256k1_scalar k, x;


  unsigned char x_bytes[32];


  mpz_class c;


  do {


    secp256k1_scalar_set_b32(&k, (const unsigned char *)randgen.get_flexible_array(32), nullptr);


    secp256k1_ecmult(ctx, &x, &data, &k, nullptr);


  } while (secp256k1_ge_is_infinity(&x) || secp256k1_ge_is_infinity(&data));


  secp256k1_scalar_get_b32(x_bytes, &x);


  mpz_import(c.get_mpz_t(), 32, 1, 1, -1, 0, x_bytes);


  mpz_add(result.x.data.get_mpz_t(), c.get_mpz_t(), key.get_mpz_t());


  secp256k1_scalar_negate(&k, &k);


  secp256k1_scalar_get_b32(x_bytes, &k);


  return secp256k1_ecmult(ctx, &result, &result, &k, nullptr) == 1;


}


bool decrypt(const secp256k1_ge &data, const secp256k1_scalar &privkey, secp256k1_ge &result)


{


  mpz_class k, c;


  unsigned char c_bytes[32];


  secp256k1_scalar ky;


  secp256k1_ecmult(ctx, &ky, &data, &privkey, nullptr);


  secp256k1_ge_add_var(&result, &data, &ky, nullptr);


  secp256k1_ge_set_gej(&result, &result);


  secp256k1_scalar_get_b32(c_bytes, &result.x);


  mpz_import(c.get_mpz_t(), 32, 1, 1, -1, 0, c_bytes);


  mpz_mod(k.get_mpz_t(), c.get_mpz_t(), p.get_mpz_t());


  secp256k1_scalar_set_b32(&ky, (const unsigned char *)k.get_str(16).c_str(), nullptr);


  secp256k1_scalar_negate(&ky, &ky);


  return secp256k1_ecmult(ctx, &result, &data, &ky, nullptr) == 1;


}


int main()


{


  // 生成公私钥对


  seed_rng();


  secp256k1_scalar privkey;


  secp256k1_ge pubkey;


  generate_key_pair(privkey, pubkey);


  std::cout << "Private Key: ";


  for (int i = 0; i < 32; i++) printf("%02x", privkey.data[i]);


  std::cout << std::endl;


  unsigned char pubkey_bytes[65];


  size_t len = 65;


  secp256k1_ec_pubkey_serialize(ctx, pubkey_bytes, &len, &pubkey, SECP256K1_EC_COMPRESSED);


  std::cout << "Public Key: ";


  for (int i = 0; i < len; i++) printf("%02x", pubkey_bytes[i]);


  std::cout << std::endl;


  // 加密解密数据


  secp256k1_ge data, encrypted, decrypted;


  secp256k1_scalar_set_int(&order, 1);


  secp256k1_ecmult_gen(ctx, &base_point, &order);


  secp256k1_scalar_set_b32(&data.x, (const unsigned char *)"12345678", nullptr);


  secp256k1_ge_set_xo_var(&data, &data.x, 1, nullptr);


  encrypt(data, secp256k1_ge_order, encrypted);


  decrypt(encrypted, privkey, decrypted);


  std::cout << "Original Data: " << data.x << std::endl;


  std::cout << "Encrypted Data: " << encrypted.x << std::endl;


  std::cout << "Decrypted Data: " << decrypted.x << std::endl;


  return 0;


}

以上代码使用secp256k1参数生成公私钥对，并支持对数据的加密解密操作。其中涉及的函数可以在secp256k1.h头文件中找到，需要对函数的输入输出参数进行适当的转换。同时，需要注意数据的表示和处理方式，如使用大数表示数据、将坐标值转换成字节序列等。

使用C++语言实现简单的ECC加密解密可以为信息安全提供基础的保护措施，同时也可以作为深入了解加密算法的入门实践。在实际应用中，需要结合具体的需求和安全标准进行使用和改进。

  
  
下一篇: C++函数数组

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