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作者 | 量子君
微信公众号 | 极客工作室
0. 前言
一、一种常见的网络通信的加密流程
密码机的一些说明：
客户端服务器端都可以设置密码机（可以是软件、也可以是一个硬件，可以在本地也可以在某个服务器上，只要能够产生密钥即可） keygen和同步码都会影响到密码机生成的密钥序列 密码机在keygen和同步码相同的情况下，会产生相同的密钥序列，加解密双方需要记住产生密钥的顺序，解密多少数据就申请多少密钥 如上图所示，基于C/S架构的服务器和客户端通信模型，下面以客户端如果要发送一段加密的密文给服务器，C/S需要交互的流程。
1 服务器端发送密钥密文
首先服务器端、客户端都保存了一个默认的密钥 服务器端随机生成密钥keygen，并使用该默认密钥对keygen加密，生成密钥密文 客户端可以通过命令定期请求该密钥密文或者服务器定时下发 客户端收到密钥密文后，也可以通过默认密钥进行解密得到明文的keygen
2. 客户端对数据加密
客户端在发送数据之前，首先生成一个同步码 将同步码和keygen设置给密码机，然后向密码机申请一定长度的密钥 将明文和密钥通过一定的算法进行加密（通常是异或），生成数据密文
3. 客户端发送同步码和数据密文
客户端将数据密文和同步码明文一起发送给服务器 服务器提取出同步码
4. 服务器端接收数据并解密
服务器将keygen和同步码设置给密码机，同时申请一定数量的密钥 服务器根据密钥对密文进行解密，即得到对应的明文
因为服务器和客户端此时都使用了相同的keygen，和同步码，所以双方申请的密钥序列一定是一样的。
二、函数实现
1. 申请加密密钥函数request_key
int request_key(int sync,int key_num,char key[])
功能：
向密码机申请一定数量的用于加密数据的密钥，如果不设置新的keygen，那么生成的密码会顺序产生下去，每次申请密钥都会记录上次生成的密钥的偏移，下次在申请的时候，都会从上一位置继续分配密钥
参数：
sync：同步码，密码机依据此同步产生随机序列的密钥
key_num：申请的密钥个数
key：申请的密钥存储的缓存
返回值:
实际返回密钥个数
2. 设置密钥序列函数set_keygen
void set_keygen(int key)
功能：
向密码机设置keygen，设置后会影响产生的随机密钥序列
参数：
key：密钥
返回值:
无
3. 产生随机数born_seed
int born_seed(int sync,int key)
功能：
根据同步码和keygen生成随机密钥种子
参数：
sync：同步码
key：密钥
返回值:
种子
4. 重置keygen reset_keygen()
void reset_keygen()
功能：
重置keygen，会影响生成的随机数序列
三、测试代码实例
最终文件如下：
key.c key.h main.c
示例1 检测产生的随机序列
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];
key_num = 10;
printf("\n--------------采用默认keygen 同步码=0 产生密文----------------\n");
reset_keygen();
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥0-9:",key,len);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥10-19:",key,len);
printf("\n--------------采用keygen=1234 同步码=0 产生密文----------------\n");
set_keygen(1234);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥0-9:",key,len);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥10-19:",key,len);
}
执行结果：
--------------采用默认keygen 同步码=0 产生密文----------------
密钥0-9: ----[10]
a5 52 c8 14 5d f7 46 5b 89 42
密钥10-19: ----[10]
38 69 6f a6 08 d2 69 39 cd 29
--------------采用keygen=1234 同步码=0 产生密文----------------
密钥0-9: ----[10]
0e 83 0b 73 ec f5 4b 4a 74 35
密钥10-19: ----[10]
e7 f1 06 41 c8 6b aa df 0c 3d
示例2 用默认keygen，加解密
char data0[10]={
0x1,0x2,0x3,0x4,0x5,0x6,0x7,0x8,0x9,0x10,
};
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];
char buf[120]={0};
key_num = 10;
printf("\n--------------采用默认keygen开始加密----------------\n");
reset_keygen();
print_array("\n明文:",data0,key_num);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥:",key,len);
for(i=0;i<len;i++)
{
buf[i] = data0[i]^key[i];
}
print_array("\n密文:",buf,len);
printf("\n--------------------开始解密--------------------\n");
reset_keygen();
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
for(i=0;i<len;i++)
{
buf[i] = buf[i]^key[i];
}
print_array("\n明文:",buf,len);
}
测试结果：
--------------采用默认keygen开始加密----------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
密钥: ----[10]
a5 52 c8 14 5d f7 46 5b 89 42
密文: ----[10]
a4 50 cb 10 58 f1 41 53 80 52
--------------------开始解密--------------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
示例3 用不同的keygen和同步码加解密
int main(int argc, char *argv[])
{
int i;
unsigned int len;
int j, r, key_num;
unsigned int sync = 0;
unsigned char key[MAX_KEY_REQUEST];
char buf[120]={0};
unsigned int mykeygen;
if (argc != 4) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <seed> <key num> <keygen>\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
sync = atoi(argv[1]);
key_num = atoi(argv[2]);
mykeygen = atoi(argv[3]);
printf("\n--------------采用自定义的keygen、同步码开始加密----------------\n");
set_keygen(mykeygen);
print_array("\n明文:",data0,key_num);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
print_array("密钥:",key,len);
for(i=0;i<len;i++)
{
buf[i] = data0[i]^key[i];
}
print_array("\n密文:",buf,len);
printf("\n--------------------开始解密--------------------\n");
set_keygen(mykeygen);
memset(key,0,sizeof(key));
len = request_key(sync,key_num,key);
for(i=0;i<len;i++)
{
buf[i] = buf[i]^key[i];
}
print_array("\n明文:",buf,len);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
执行结果如下：
--------------采用自定义的keygen、同步码开始加密----------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
密钥: ----[10]
53 00 29 cd 27 eb cc 80 1a d7
密文: ----[10]
52 02 2a c9 22 ed cb 88 13 c7
--------------------开始解密--------------------
明文: ----[10]
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
可见我们的确实现了数据的加密和解密。
四、数据加密的实际使用
五、 原理
#include <stdlib.h>
int rand(void);
#include <stdio.h>
main()
{
int i = 0;
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",rand());
}
putchar('\n');
}
运行结果如下：
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 424238335 719885386 1649760492 596516649 1189641421
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 424238335 719885386 1649760492 596516649 1189641421
要想每次都产生不一样的随机序列应该怎么办呢？需要借助srand()函数：
void srand(unsigned int seed);
#include <stdio.h>
main()
{
int i = 0;
srand(111);
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",rand());
}
putchar('\n');
srand(1111);
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("%d ",rand());
}
putchar('\n');
}
执行结果如下：
peng@peng-virtual-machine:/mnt/hgfs/peng/rand/code$ ./a.out
1629905861 708017477 1225010071 14444113 324837614 2112273117 1166384513 1539134273 1883039818 779189906
1383711924 882432674 1555165704 1334863495 1474679554 676796645 154721979 534868285 1892754119 100411878
可见输入不同的种子就会产生不同的序列。函数原型如下：
后台回复：数据加密，即可获得全部源码。
