openssl BIGNUM

时间: 2023-10-11 17:13:47 浏览: 129

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### OpenSSL BIGNUM详解 #### 一、BIGNUM简介在OpenSSL库中，`BIGNUM`是一种专门用于处理大整数的数据结构。它主要用于实现加密算法中需要处理的大数字运算，如RSA加密算法等。对于这些算法而言，普通的整型数据如`int`或`long`往往不足以满足其需求，因为它们所能表示的数值范围有限。而`BIGNUM`能够存储非常大的整数，并提供一系列高效的算术操作接口。 #### 二、BIGNUM结构体 `BIGNUM`结构体定义如下： ```c typedef struct bignum_st { BN_ULONG *d; // BN_ULONG类型的数组指针，大数实际存储位置 int top; // 当前使用的BN_ULONG单元数量 int dmax; // 数组的最大长度 int neg; // 大数符号，1表示负数，0表示正数 int flags; // 标志位，用于标识内存分配方式等 } BIGNUM; ``` 其中， - `d`：指向一个`BN_ULONG`类型数组的指针，用于存储大整数。该数组存储数字的方式是从低位到高位（即逆序存储）。 - `top`：表示当前存储的大整数实际占用的`BN_ULONG`单元的数量。 - `dmax`：表示`d`数组的最大长度。 - `neg`：表示大整数的符号，如果为1，则表示该大整数为负数，反之为正数。 - `flags`：标志位，用于记录额外的信息，如内存分配方式等。 #### 三、BIGNUM基本操作 ##### 1. 初始化与释放 - **BN_new**：创建一个`BIGNUM`结构体，并返回指向该结构体的指针。 - 函数原型：`BIGNUM*BN_new(void);` - 示例代码：`BIGNUM*a = BN_new();` - **BN_free**：释放一个`BIGNUM`结构体所占用的内存。 - 函数原型：`void BN_free(BIGNUM *a);` - 示例代码：`BN_free(a);` - **BN_init**：初始化`BIGNUM`结构体中的所有成员为0。 - 函数原型：`void BN_init(BIGNUM *a);` - 示例代码：`BN_init(&c);` - **BN_clear**：将`BIGNUM`结构体中的所有成员设置为0，但不会释放内存。 - 函数原型：`void BN_clear(BIGNUM *a);` - 示例代码：`BN_clear(BIGNUM *a);` - **BN_clear_free**：先调用`BN_clear`清空数据，然后调用`BN_free`释放内存。 - 函数原型：`void BN_clear_free(BIGNUM *a);` - 示例代码：`BN_clear_free(BIGNUM *a);` ##### 2. 上下文管理 - **BN_CTX_new**：创建一个新的`BN_CTX`上下文环境。 - 函数原型：`BN_CTX *BN_CTX_new(void);` - 示例代码：`BN_CTX *ctx = BN_CTX_new();` - **BN_CTX_init**：初始化`BN_CTX`上下文环境。 - 函数原型：`void BN_CTX_init(BN_CTX *ctx);` - 示例代码：`BN_CTX_init(&c);` - **BN_CTX_free**：释放`BN_CTX`上下文环境。 - 函数原型：`void BN_CTX_free(BN_CTX *ctx);` - 示例代码：`BN_CTX_free(ctx);` - **BN_CTX_start**：启动一个已存在的`BN_CTX`上下文环境，并从中获取临时的`BIGNUM`变量。 - 函数原型：`void BN_CTX_start(BN_CTX *ctx);` - 示例代码：`BN_CTX_start(ctx);` - **BN_CTX_get**：从一个已存在的`BN_CTX`上下文中获取临时的`BIGNUM`变量。 - 函数原型：`BIGNUM *BN_CTX_get(BN_CTX *ctx);` - 示例代码：`BIGNUM *a = BN_CTX_get(ctx);` - **BN_CTX_end**：释放从`BN_CTX`上下文中获取的临时`BIGNUM`变量。 - 函数原型：`void BN_CTX_end(BN_CTX *ctx);` - 示例代码：`BN_CTX_end(ctx);` ##### 3. 数据复制与交换 - **BN_copy**：将一个`BIGNUM`中的数据复制到另一个`BIGNUM`中。 - 函数原型：`BIGNUM *BN_copy(BIGNUM *a, const BIGNUM *b);` - 示例代码：`BIGNUM *a = BN_copy(a, b);` - **BN_dup**：复制一个`BIGNUM`并返回一个新的`BIGNUM`。 - 函数原型：`BIGNUM *BN_dup(const BIGNUM *a);` - 示例代码：`BIGNUM *b = BN_dup(a);` - **BN_swap**：交换两个`BIGNUM`中的数据。 - 函数原型：`void BN_swap(BIGNUM *a, BIGNUM *b);` - 示例代码：`BN_swap(a, b);` ##### 4. 取位函数 - **BN_num_bytes**：获取`BIGNUM`中包含的字节数。 - 函数原型：`int BN_num_bytes(const BIGNUM *a);` - 示例代码：`printf("Length in bytes: %d\n", BN_num_bytes(a));` - **BN_num_bits**：获取`BIGNUM`中包含的比特数。 - 函数原型：`int BN_num_bits(const BIGNUM *a);` - 示例代码：`printf("Number of bits: %d\n", BN_num_bits(a));` - **BN_num_bits_word**：获取一个`BN_ULONG`中包含的有效比特数。 - 函数原型：`int BN_num_bits_word(BN_ULONG w);` - 示例代码：`printf("Number of bits: %d\n", BN_num_bits_word(w));` ##### 5. 基本计算函数 - **BN_add**：计算两个`BIGNUM`的和。 - 函数原型：`int BN_add(BIGNUM *r, const BIGNUM *a, const BIGNUM *b);` - 示例代码：`BIGNUM *a = BN_new(), *b = BN_new(), *r = BN_new(); BN_add(r, a, b);` 以上就是OpenSSL库中BIGNUM相关的基础操作介绍，通过这些函数可以方便地进行大整数的创建、初始化、释放、复制、计算等一系列操作，大大简化了开发者的工作量。

在OpenSSL中，BIGNUM是一个结构体，可以在ossl_typ.h中找到定义。 BIGNUM用于存储大数，可以进行大数的运算和转换。可以使用BN_hex2bn函数将一个16进制字符串转换为对应的BIGNUM。注意，如果输入的字符串以负号开头，转换得到的BIGNUM也是负数，而如果输入字符串是"-0"，则转换后的BIGNUM表示的是0。需要注意的是，在一些公钥密码算法中，比如RSA，指定的密钥比特数（比如1024或2048）只是算法规定的，但实际生成的密钥对可能会有略微少几个比特。因此，如果想要获取RSA密钥的实际比特数，应使用BN_num_bits函数。而要获取RSA算法的密钥规格长度，应使用RSA_size函数，这个长度不是实际的比特长度。1234

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