ECDH密钥交换的C程序

由于项目需要，使用openssl编写一段ECDH代码实现网络两端实体的密钥交换。

虽然对openssl不熟悉，但也开始做。

最先参照的是openssl官方wiki上的Elliptic Curve Diffie Hellman：http://wiki.openssl.org/index.php/Elliptic_Curve_Diffie_Hellman

直接使用文中的代码。不过其中有段代码需要替换：

/* Get the peer's public key, and provide the peer with our public key -* how this is done will be specific to your circumstances */peerkey = get_peerkey(pkey);

我以为只要将这pkey和peerkey指向的密钥块通过网络交换一下就行了。

先不经过网络交换这两个密钥数据，在本地测试，完全通过。但是，一涉及网络交换，程序就崩溃，并爆出内存错误。

总以为是外围程序的问题，调试了好久好久……

直到后来，最后打印出pkey和peerkey指向的类型为EVP_PKEY的数据来看，才发现EVP_PKEY占存储量很小（32字节），这才发现奇怪。因为密钥块一般挺大的。

在openssl库安装路径include目录中找到evp.h，打开查看，发现：

struct evp_pkey_st{int type;int save_type;int references;const EVP_PKEY_ASN1_METHOD *ameth;ENGINE *engine;union  {char *ptr;
#ifndef OPENSSL_NO_RSAstruct rsa_st *rsa;   /* RSA */
#endif
#ifndef OPENSSL_NO_DSAstruct dsa_st *dsa;   /* DSA */
#endif
#ifndef OPENSSL_NO_DHstruct dh_st *dh;  /* DH */
#endif
#ifndef OPENSSL_NO_ECstruct ec_key_st *ec;  /* ECC */
#endif} pkey;int save_parameters;STACK_OF(X509_ATTRIBUTE) *attributes; /* [ 0 ] */} /* EVP_PKEY */;

这下明白了，原来在网络上传输的我以为的“密钥块”原来是一堆指针！（而且是公私密钥对的指针。。。。）

于是得想办法解决。找到这个帖子：

How does one access the raw ECDH public key, private key and params inside OpenSSL's EVP_PKEY structure?

http://stackoverflow.com/questions/18155559/how-does-one-access-the-raw-ecdh-public-key-private-key-and-params-inside-opens

文中指出要进行公钥的序列化。

然后挨个搜索API的说明，花了不少时间。又是一阵子调试……

最后还是卡在反序列化过程中EC_KEY_set_public_key() to get an EC_KEY和EC_KEY to EVP_PKEY_set1_EC_KEY上了。

心想只好换一种方法了。调试途中在google搜索EC_POINT_point2oct关键字时发现了一个页面：

OpenSSL - User - ECDH http://openssl.6102.n7.nabble.com/ECDH-td22150.html

3楼Rick的回复给的代码比较好。采用并改进，调试之。

最终得到完整的ECDH代码：

#include <openssl/ssl.h>
#define ECDH_SIZE 33void handleErrors()
{printf("Error occurred.\n");
}
static void disp(const char *str, const void *pbuf, const int size)
{int i=0;if(str != NULL){printf("%s:\n", str);}if(pbuf != NULL && size > 0){for(i=0;i<size;i++)printf("%02x ", *((unsigned char *)pbuf+i));putchar('\n');}putchar('\n');
}
int main() {/* alice */EC_KEY *ecdh = EC_KEY_new();EC_POINT *point = NULL;EC_POINT *point2c;EC_GROUP *group;unsigned char pubkey[ECDH_SIZE];unsigned char shared[ECDH_SIZE];int len;//Generate Publicecdh = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);//NID_secp521r1EC_KEY_generate_key(ecdh);point = EC_KEY_get0_public_key(ecdh);group = EC_KEY_get0_group(ecdh);if(0 == (len = EC_POINT_point2oct(group, point, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, pubkey, ECDH_SIZE, NULL))) handleErrors();printf("len=%d\n",len);/* bob */EC_KEY *ecdh2 = EC_KEY_new();EC_POINT *point2 = NULL;EC_POINT *pointc;EC_GROUP *group2;unsigned char pubkey2[ECDH_SIZE];unsigned char shared2[ECDH_SIZE];int len2;//Generate Publicecdh2 = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);//NID_secp521r1EC_KEY_generate_key(ecdh2);point2 = EC_KEY_get0_public_key(ecdh2);group2 = EC_KEY_get0_group(ecdh2);if(0 == (len2 = EC_POINT_point2oct(group2, point2, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, pubkey2, ECDH_SIZE, NULL))) handleErrors();printf("len2=%d\n",len);/* alice *///ComputeKeypoint2c = EC_POINT_new(group);EC_POINT_oct2point(group, point2c, pubkey2, ECDH_SIZE, NULL);if (0 != EC_POINT_cmp(group, point2, point2c, NULL)) handleErrors();if(0 == (len = ECDH_compute_key(shared, ECDH_SIZE, point2c, ecdh, NULL))) handleErrors();printf("len=%d\n",len);disp("shared", shared, len);/* bob *///ComputeKeypointc = EC_POINT_new(group2);EC_POINT_oct2point(group2, pointc, pubkey, ECDH_SIZE, NULL);if (0 != EC_POINT_cmp(group2, point, pointc, NULL)) handleErrors();if(0 == (len2 = ECDH_compute_key(shared2, ECDH_SIZE, pointc, ecdh2, NULL))) handleErrors();printf("len2=%d\n",len2);disp("shared2", shared2, len2);/* alice */EC_POINT_free(pointc);EC_KEY_free(ecdh);/* bob */EC_POINT_free(point2c);EC_KEY_free(ecdh2);printf("To the end\n");return 0;
}

之后抽象、整理封装后的ECDH代码：

#include <openssl/ssl.h>
#define ECDH_SIZE 33void handleErrors()
{printf("Error occurred.\n");
}
static void disp(const char *str, const void *pbuf, const int size)
{int i=0;if(str != NULL){printf("%s:\n", str);}if(pbuf != NULL && size > 0){for(i=0;i<size;i++)printf("%02x ", *((unsigned char *)pbuf+i));putchar('\n');}putchar('\n');
}static EC_KEY *genECDHtemppubkey(unsigned char *pubkey)
{int len;EC_KEY *ecdh = EC_KEY_new();//Generate Publicecdh = EC_KEY_new_by_curve_name(NID_X9_62_prime256v1);//NID_secp521r1EC_KEY_generate_key(ecdh);const EC_POINT *point = EC_KEY_get0_public_key(ecdh);const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ecdh);//unsigned char *pubkey = malloc(ECDH_SIZE);if(0 == (len = EC_POINT_point2oct(group, point, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, pubkey, ECDH_SIZE, NULL))) handleErrors();printf("len=%d\n",len);//return pubkey;return ecdh;
}static unsigned char *genECDHsharedsecret(EC_KEY *ecdh, unsigned char *peerkey, size_t secret_len)
{int len;unsigned char *shared = malloc(ECDH_SIZE);const EC_GROUP *group = EC_KEY_get0_group(ecdh);//ComputeKeyEC_POINT *point_peer = EC_POINT_new(group);EC_POINT_oct2point(group, point_peer, peerkey, ECDH_SIZE, NULL);//if (0 != EC_POINT_cmp(group, point2, point2c, NULL)) handleErrors();if(0 == (len = ECDH_compute_key(shared, secret_len, point_peer, ecdh, NULL))) handleErrors();printf("len=%d\n",len);disp("shared", shared, secret_len);return shared;
}int main() {unsigned char *keydata = malloc(ECDH_SIZE);unsigned char *keydata2 = malloc(ECDH_SIZE);EC_KEY *ecdh = genECDHtemppubkey(keydata);EC_KEY *ecdh2 = genECDHtemppubkey(keydata2);unsigned char *ECDH_keydata = genECDHsharedsecret(ecdh2, keydata, ECDH_SIZE-1);unsigned char *ECDH_keydata2 = genECDHsharedsecret(ecdh, keydata2, ECDH_SIZE-1);printf("To the end\n");free(keydata);free(keydata2);EC_KEY_free(ecdh);EC_KEY_free(ecdh2);free(ECDH_keydata);free(ECDH_keydata2);return 0;
}

调试时在“ECDH_SIZE-1”的问题上纠结了好一阵子，不小心把EC_POINT_oct2point中参数ECDH_SIZE换成值为ECDH_SIZE-1的secret_len了；导致ECDH_compute_key一直返回-1，怎么搜索都得不到解决。

最后还是耐心的一步步调试、对比前面参考的源码、调整变量数值，终于解决。编译通过，执行的非常好。

耐心真的是非常重要，失之毫厘差之千里。

参考资料：

ECC加密算法原理入门介绍

http://blog.csdn.net/sahusoft/article/details/6868016

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