在Linux下使用C++實現文件加密，可以采用多種方法。以下介紹一種基于**AES（高級加密標準）**的對稱加密方法，并使用OpenSSL庫來簡化加密過程。AES是一種廣泛使用的對稱加密算法，安全性和效率都較高。
在開始編寫代碼之前，需要確保系統中安裝了OpenSSL的開發庫?？梢允褂靡韵旅钸M行安裝：
對于基于Debian的系統（如Ubuntu）：
sudo apt-get update
sudo apt-get install libssl-dev
對于基于Red Hat的系統（如CentOS）：
sudo yum install openssl-devel
下面是一個使用OpenSSL庫實現AES加密和解密的示例程序：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <openssl/aes.h>
#include <openssl/rand.h>
#include <cstring>
// 加密函數
bool aes_encrypt(const std::string &input_file, const std::string &output_file, const std::string &password) {
// 讀取密碼生成密鑰和IV
unsigned char key[AES_KEYLEN_256];
unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE];
// 使用PBKDF2從密碼派生密鑰
if (!PKCS5_PBKDF2_HMAC(password.c_str(), password.size(),
nullptr, 0,
10000, AES_KEYLEN_256,
EVP_sha256(), key)) {
std::cerr << "密鑰派生失敗" << std::endl;
return false;
}
// 生成隨機IV
if (!RAND_bytes(iv, sizeof(iv))) {
std::cerr << "生成IV失敗" << std::endl;
return false;
}
// 打開輸入文件
std::ifstream infile(input_file, std::ios::binary);
if (!infile) {
std::cerr << "無法打開輸入文件: " << input_file << std::endl;
return false;
}
// 打開輸出文件
std::ofstream outfile(output_file, std::ios::binary);
if (!outfile) {
std::cerr << "無法打開輸出文件: " << output_file << std::endl;
return false;
}
// 寫入IV到輸出文件
outfile.write(reinterpret_cast<const char*>(iv), sizeof(iv));
AES_KEY enc_key;
AES_set_encrypt_key(key, AES_KEYLEN_256, &enc_key);
// 加密緩沖區
const int buffer_size = 4096;
unsigned char in_buf[buffer_size];
unsigned char out_buf[buffer_size + AES_BLOCK_SIZE];
while (infile.good()) {
infile.read(reinterpret_cast<char*>(in_buf), sizeof(in_buf));
std::streamsize bytes_read = infile.gcount();
if (bytes_read > 0) {
AES_encrypt(in_buf, out_buf, &enc_key);
// 寫入加密數據
outfile.write(reinterpret_cast<const char*>(out_buf), sizeof(out_buf));
}
}
infile.close();
outfile.close();
return true;
}
// 解密函數
bool aes_decrypt(const std::string &input_file, const std::string &output_file, const std::string &password) {
// 讀取IV
unsigned char iv[AES_BLOCK_SIZE];
// 打開輸入文件
std::ifstream infile(input_file, std::ios::binary);
if (!infile) {
std::cerr << "無法打開輸入文件: " << input_file << std::endl;
return false;
}
// 打開輸出文件
std::ofstream outfile(output_file, std::ios::binary);
if (!outfile) {
std::cerr << "無法打開輸出文件: " << output_file << std::endl;
return false;
}
// 讀取IV
infile.read(reinterpret_cast<char*>(iv), sizeof(iv));
// 讀取密碼生成密鑰
unsigned char key[AES_KEYLEN_256];
if (!PKCS5_PBKDF2_HMAC(password.c_str(), password.size(),
nullptr, 0,
10000, AES_KEYLEN_256,
EVP_sha256(), key)) {
std::cerr << "密鑰派生失敗" << std::endl;
return false;
}
AES_KEY dec_key;
AES_set_decrypt_key(key, AES_KEYLEN_256, &dec_key);
// 解密緩沖區
const int buffer_size = 4096;
unsigned char in_buf[buffer_size + AES_BLOCK_SIZE];
unsigned char out_buf[buffer_size];
while (infile.good()) {
infile.read(reinterpret_cast<char*>(in_buf), sizeof(in_buf));
std::streamsize bytes_read = infile.gcount();
if (bytes_read > 0) {
AES_decrypt(in_buf, out_buf, &dec_key);
// 寫入解密數據
outfile.write(reinterpret_cast<const char*>(out_buf), bytes_read);
}
}
infile.close();
outfile.close();
return true;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 4) {
std::cerr << "用法: " << argv[0] << " encrypt|decrypt 輸入文件 輸出文件 密碼" << std::endl;
return 1;
}
std::string mode = argv[1];
std::string input_file = argv[2];
std::string output_file = argv[3];
std::string password = argv[4];
if (mode == "encrypt") {
if (aes_encrypt(input_file, output_file, password)) {
std::cout << "加密成功！" << std::endl;
} else {
std::cerr << "加密失??！" << std::endl;
return 1;
}
}
else if (mode == "decrypt") {
if (aes_decrypt(input_file, output_file, password)) {
std::cout << "解密成功！" << std::endl;
} else {
std::cerr << "解密失??！" << std::endl;
return 1;
}
}
else {
std::cerr << "未知模式。使用encrypt或decrypt。" << std::endl;
return 1;
}
return 0;
}
密鑰派生：使用PKCS5_PBKDF2_HMAC函數從用戶輸入的密碼派生出一個256位的AES密鑰。這增加了密碼的安全性，防止暴力破解。
初始化向量（IV）：使用RAND_bytes生成一個隨機的IV，確保每次加密的結果不同，即使明文相同。
加密過程：
解密過程：
主函數：通過命令行參數指定操作模式（encrypt或decrypt）、輸入文件、輸出文件和密碼。
使用g++編譯器，并鏈接OpenSSL庫：
g++ -o aes_encrypt aes_encrypt.cpp -lcrypto
./aes_encrypt encrypt plaintext.txt encrypted.bin mypassword
./aes_encrypt decrypt encrypted.bin decrypted.txt mypassword
密碼管理：在實際應用中，避免將密碼硬編碼在源代碼中?？梢钥紤]通過命令行參數、配置文件或安全存儲機制來管理密碼。
錯誤處理：示例代碼中對一些可能的錯誤進行了基本處理，但在生產環境中應添加更完善的錯誤檢查和日志記錄。
安全性：AES-256提供了很高的安全性，但整個加密方案的安全性還取決于密鑰管理和密碼的強度。確保使用復雜且難以猜測的密碼，并妥善保護密鑰。
依賴庫：本示例依賴于OpenSSL庫，確保在編譯和運行環境中已正確安裝并配置。
除了AES，OpenSSL還支持其他加密算法和模式（如CBC、GCM等）。根據需求選擇合適的算法和模式。例如，GCM模式提供了認證加密（AEAD），可以同時保證數據的機密性和完整性。
以下是使用GCM模式的簡要示例：
// 設置加密模式為GCM
AES_KEY enc_key;
AES_set_encrypt_key(key, AES_KEYLEN_256, &enc_key);
int len = AES_KEYLEN_256 / 8;
int tag_len = 16; // GCM標簽長度
// 加密
AES_GCM_encrypt(in_buf, out_buf, bytes_read,
&enc_key, iv,
tag_len,
out_buf + bytes_read, // 輸出附加數據（AAD）
sizeof(out_buf) - bytes_read - tag_len,
nullptr, 0, // 無需額外的nonce，因為IV已經用作nonce
nullptr);
// 解密
AES_GCM_decrypt(in_buf, out_buf, &dec_key, iv,
tag_len,
out_buf + bytes_read, // 輸出附加數據（AAD）
sizeof(out_buf) - bytes_read - tag_len,
in_buf + bytes_read,
sizeof(in_buf) - bytes_read - tag_len,
nullptr, 0,
nullptr);
使用GCM模式時，需要額外處理認證標簽（Tag），以確保數據的完整性和真實性。
通過以上步驟，您可以使用C++和OpenSSL庫在Linux環境下實現文件的AES加密和解密。根據具體需求選擇合適的加密算法和模式，并注意密鑰管理和密碼安全，以確保加密數據的安全性。
