基于C语言的椭圆曲线密码学算法

以下是一个基于 C 语言的椭圆曲线密码学算法示例代码。这里使用的是 secp256k1 椭圆曲线。

#include <string.h>
#include <openssl/ec.h>
#include <openssl/obj_mac.h>
#include <openssl/ecdsa.h>
#include <openssl/err.h>

void generate_keypair(EC_KEY **keypair) {
    EC_GROUP *group = NULL;
    EC_POINT *pub_key = NULL;
    BIGNUM *priv_key = NULL;
    const unsigned char *priv_key_bytes = NULL;
    size_t priv_key_len = 0;
    int result = 0;

    // 创建椭圆曲线对象
    group = EC_GROUP_new_by_curve_name(NID_secp256k1);
    if (group == NULL) {
        // 处理错误
        return;
    }

    // 生成密钥对
    result = EC_KEY_generate_key(keypair);
    if (result != 1) {
        // 处理错误
        return;
    }

    // 获取公钥和私钥
    pub_key = EC_KEY_get0_public_key(*keypair);
    priv_key = EC_KEY_get0_private_key(*keypair);
    if (pub_key == NULL || priv_key == NULL) {
        // 处理错误
        return;
    }

    // 打印公钥和私钥
    priv_key_bytes = (const unsigned char *)EC_KEY_get0_private_key(*keypair);
    priv_key_len = BN_num_bytes(priv_key);
    printf("Private key: ");
    for (size_t i = 0; i < priv_key_len; i++) {
        printf("%02x", priv_key_bytes[i]);
    }
    printf("\n");

    char *pub_key_hex = EC_POINT_point2hex(group, pub_key, POINT_CONVERSION_COMPRESSED, NULL);
    printf("Public key: %s\n", pub_key_hex);
    OPENSSL_free(pub_key_hex);

    // 释放资源
    EC_GROUP_free(group);
}

void sign_message(const EC_KEY *keypair, const unsigned char *msg, size_t msg_len, unsigned char **sig, size_t *sig_len) {
    ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL;
    BIGNUM *r = NULL, *s = NULL;
    int result = 0;

    // 签名
    ecdsa_sig = ECDSA_do_sign(msg, msg_len, (EC_KEY *)keypair);
    if (ecdsa_sig == NULL) {
        // 处理错误
        return;
    }

    // 提取 R 和 S 值
    ECDSA_SIG_get0(ecdsa_sig, (const BIGNUM **)&r, (const BIGNUM **)&s);

    // 将 R 和 S 值编码为 DER 格式
    *sig_len = i2d_ECDSA_SIG(ecdsa_sig, sig);
    if (*sig_len <= 0) {
        // 处理错误
        return;
    }

    // 释放资源
    ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);
}

int verify_signature(const EC_KEY *keypair, const unsigned char *msg, size_t msg_len, const unsigned char *sig, size_t sig_len) {
    ECDSA_SIG *ecdsa_sig = NULL;
    int result = 0;

    // 将 DER 格式的签名解码为 R 和 S 值
    ecdsa_sig = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &sig, sig_len);
    if (ecdsa_sig == NULL) {
        // 处理错误
        return 0;
    }

    // 验证签名
    result = ECDSA_do_verify(msg, msg_len, ecdsa_sig, (EC_KEY *)keypair);
    if (result != 1) {
        // 处理错误
        return 0;
    }

    // 释放资源
    ECDSA_SIG_free(ecdsa_sig);

    return 1;
}

int main() {
    EC_KEY *keypair = NULL;
    unsigned char *sig = NULL;
    size_t sig_len = 0;
    const char *msg = "Hello, world!";
    const size_t msg_len = strlen(msg);

    // 生成密钥对
    generate_keypair(&keypair);

    // 对消息进行签名
    sign_message(keypair, (const unsigned char *)msg, msg_len, &sig, &sig_len);

    // 验证签名
    int result = verify_signature(keypair, (const unsigned char *)msg, msg_len, sig, sig_len);
    if (result) {
        printf("Signature is valid!\n");
    } else {
        printf("Signature is invalid!\n");
    }

    // 释放资源
    EC_KEY_free(keypair);
    OPENSSL_free(sig);
    ERR_free_strings();

    return 0;
}

上述代码中，我们使用了 OpenSSL 库中的 ECDSA 函数实现了椭圆曲线密码学算法。其中，`generate_keypair()` 函数生成密钥对，`sign_message()` 函数对消息进行签名，`verify_signature()` 函数验证签名的合法性。需要注意的是，这里使用的是 OpenSSL 库中的函数，具体实现可能会因库版本而异。