QtOpenSSL详解

一、介绍

QtOpenSSL是一个Qt和OpenSSL之间的桥梁，提供了加密和解密、数字证书、SSL和TLS等功能，以实现网络通信的数据保护和安全。QtOpenSSL主要用于服务器和客户端之间的网络通信，也可以用于文件和数据库等敏感数据的加密传输。本文将从多个方面对QtOpenSSL进行详细的阐述。

二、QtOpenSSL的安装和配置

QtOpenSSL是个第三方工具，要使用它就需要先将它安装到你的系统中，并将其配置到你的Qt工程中。安装QtOpenSSL的方法有多种，具体可以参考QtOpenSSL的官方文档。完成安装后，我们需要将QtOpenSSL添加到Qt工程的.pro文件中。

QT += openssl
INCLUDEPATH += /usr/local/openssl/include
LIBS += -L/usr/local/openssl/lib -lssl -lcrypto

这里以Qt 5.9和OpenSSL 1.1.0f为例，将OpenSSL安装在/usr/local/openssl目录下。我们需要在INCLUDEPATH中添加OpenSSL的头文件路径和在LIBS中添加OpenSSL的库文件路径以及ssl和crypto库。

三、QtOpenSSL的加密和解密

QtOpenSSL提供了对称加密和非对称加密两种方式。对称加密和解密采用的是相同的密钥，速度较快，但密钥传输不安全；非对称加密采用的是公钥和私钥两个密钥，可保证密钥传输的安全性，但加密和解密比对称加密较为耗时。

1.对称加密和解密

对称加密主要用于加密和解密比较小的数据段，因为数据段越大，对称加密的安全性就越低。下面是对称加密的代码，在使用之前需要先生成随机密钥并将其加密后传递给接收方：

//生成随机密钥
QByteArray key = QSslKey::generate(Qt::SymmetricKey, QSsl::Aes256).toPem();

//加密数据
QByteArray data = "Hello World";
QByteArray iv(QSslCipher::defaultKeyLength(QSsl::Aes256), 0); //设置iv
QByteArray encrypted = QCryptographicHash::hash(iv + key, QCryptographicHash::Sha256) + QSslCipher(QSsl::Aes256, QSsl::CbcMode, QSsl::DefaultKeyLength).eCrypt(key, data, iv);

//解密数据
QByteArray decrypted = QSslCipher(QSsl::Aes256, QSsl::CbcMode, QSsl::DefaultKeyLength).dCrypt(key, encrypted.right(encrypted.size() - QCryptographicHash::hashLength(QCryptographicHash::Sha256)), encrypted.left(QCryptographicHash::hashLength(QCryptographicHash::Sha256)));

在加密时，我们需要先生成一个随机密钥，然后使用QCryptographicHash对初始向量和密钥进行SHA256散列，将散列结果添加到加密数据的前面，并调用QSslCipher的eCrypt方法进行加密。解密时我们需要首先使用QSslCipher的dCrypt方法进行解密，然后使用QCryptographicHash对初始向量和密钥进行SHA256散列，将散列结果与加密数据进行对比，以确定是否被篡改。

2.非对称加密和解密

非对称加密主要用于加密和解密比较大的数据段，因为其加密和解密速度较慢，类似于数字签名的方式来保证密钥传输的安全性。下面是非对称加密的代码：

//生成密钥对
QSslKey privateKey = QSslKey::generate(Qt::RSAKey, 2048); //生成私钥
QByteArray publicKey = privateKey.toPublicKey().toPem(); //生成公钥

//加密数据
QByteArray data = "Hello World";
QCryptographicHash hash(QCryptographicHash::Sha256);
hash.addData(data);
QByteArray encrypted = privateKey.toPublicKey().encrypt(hash.result(), QSsl::RsaPkcs1Padding);

//解密数据
QByteArray decrypted = privateKey.decrypt(encrypted, QSsl::RsaPkcs1Padding);

在非对称加密时，我们需要先生成一个密钥对，然后使用私钥对数据进行签名，确保数据的完整性和真实性。接收方使用公钥对签名进行验证并解密数据。在该过程中，只有拥有私钥的一方才能够对数据进行签名和解密，私钥是很重要的安全因素，需要做好保密工作，确保不被泄露。

四、QtOpenSSL的证书和SSL/TLS

1.数字证书

数字证书是利用公钥加密技术，结合数字签名技术来验证证书的真实性和完整性等信息的一种电子凭证。数字证书主要应用于SSL/TLS通信协议中，用于验证服务器和客户端之间的身份信息，确保通信的安全性。

QtOpenSSL支持X.509格式数字证书的生成和解析，下面是数字证书的生成代码：

//生成数字证书
QSslCertificate certificate;
QByteArray publicKeyPem = privateKey.toPublicKey().toPem();
QSslKey publicKey = QSslKey(publicKeyPem, QSsl::Rsa, QSsl::PublicKey);
QByteArray name = QSslCertificate::organizationNameToNid(QLatin1String("QtOpenSSL Example"));

X509_NAME *subjectName = X509_NAME_new();
X509_NAME_add_entry_by_txt(subjectName, "C", MBSTRING_ASC, reinterpret_cast("CN"), -1, -1, 0); //国家
X509_NAME_add_entry_by_txt(subjectName, "C", MBSTRING_ASC, reinterpret_cast("SZ"), -1, -1, 0); //城市
X509_NAME_add_entry_by_txt(subjectName, "C", MBSTRING_ASC, reinterpret_cast("Info"), -1, -1, 0); //公司
X509_NAME_add_entry_by_txt(subjectName, "C", MBSTRING_ASC, reinterpret_cast("Software Department"), -1, -1, 0); //部门
X509_NAME_add_entry_by_txt(subjectName, "C", MBSTRING_ASC, reinterpret_cast("QtOpenSSL Example"), -1, -1, 0); //名称

X509 *certificate_raw = X509_new();
X509_set_version(certificate_raw, 2);
ASN1_INTEGER_set(X509_get_serialNumber(certificate_raw), 1);
X509_gmtime_adj(X509_get_notBefore(certificate_raw), 0);
X509_gmtime_adj(X509_get_notAfter(certificate_raw), 315360000L); //10 years
X509_set_pubkey(certificate_raw, publicKey.toPointer());
X509_set_subject_name(certificate_raw, subjectName);
X509_set_issuer_name(certificate_raw, subjectName);
X509_sign(certificate_raw, privateKey.toPointer(), EVP_sha1());

certificate = QSslCertificate(certificate_raw); //转换成QSslCertificate

在数字证书的生成过程中，我们需要构建证书的基本标识信息，包括国家、城市、公司、部门和名称等。然后使用私钥对证书进行签名，生成可用的数字证书。数字证书中包含的信息非常重要，是验证通信安全性的重要基础。

2. SSL/TLS

SSL/TLS是一种应用层协议，用于保证客户端和服务器之间的网络通信的安全性。SSL/TLS协议主要通过数字证书验证身份、对通信数据进行加密、使用数字签名验证数据的完整性等方式来保证通信的安全性。QT中提供了QSslSocket来支持SSL/TLS通信，其使用方式如下：

//建立SSL/TLS连接
QSslSocket *socket = new QSslSocket;
socket->addCaCertificates(":/ssl/ca.pem");
socket->setPrivateKey(privateKey);
socket->setLocalCertificate(certificate);
socket->connectToHostEncrypted(server, port);
if(socket->waitForEncrypted())
{
    //SSL/TLS连接建立成功，开始通信
}

在使用QSslSocket建立SSL/TLS连接时，我们需要指定根证书（addCaCertificates）、私钥（setPrivateKey）和数字证书（setLocalCertificate），这些都会被用来验证服务器的身份和签名等信息。如果SSL/TLS连接建立成功，则可以开始进行通信了。

五、结束语

QtOpenSSL提供了丰富的加密和安全功能，可以帮助我们实现网络数据的保护和安全。本文从安装配置、加密解密、数字证书和SSL/TLS四个方面对QtOpenSSL进行了详细的阐述，并给出了相关的代码示例供读者参考。希望本文能够对大家学习Qt和加密技术有所帮助。