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一、openssl中随机数函数

OpenSSL 提供了一套功能强大的随机数生成函数，用于生成高质量的伪随机数。随机数在密码学中至关重要，广泛用于密钥生成、盐值生成、初始化向量 (IV) 等安全操作。

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OpenSSL 随机数函数概览

1. 核心随机数函数

函数名称	描述
RAND_bytes	生成高质量的伪随机字节。
RAND_priv_bytes	生成高质量伪随机字节，推荐用于对安全性要求更高的密钥生成。
RAND_pseudo_bytes	生成伪随机字节（不保证是加密级别安全，已被弃用）。
RAND_seed	手动为伪随机数生成器添加种子值。
RAND_add	添加额外的熵（种子数据）到伪随机数生成器的池中。
RAND_status	检查随机数生成器是否被正确初始化。
RAND_poll	自动收集熵以初始化随机数生成器（由内部调用）。

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常用函数详解

1. RAND_bytes

• 作用：生成高质量的加密级别伪随机字节。

• 函数原型：

  int RAND_bytes(unsigned char *buf, int num);
  

  • buf：指向用于存储随机字节的缓冲区。
  • num：要生成的随机字节数。
  • 返回值：
    • 成功返回 1。
    • 如果随机数生成器未正确初始化，返回 0。

• 示例：

  unsigned char random_bytes[16];
  if (RAND_bytes(random_bytes, sizeof(random_bytes)) == 1) {
      printf("生成的随机数：");
      for (int i = 0; i < sizeof(random_bytes); i++) {
          printf("%02x", random_bytes[i]);
      }
      printf("\n");
  } else {
      fprintf(stderr, "随机数生成失败！\n");
  }
  

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2. RAND_priv_bytes

• 作用：与 RAND_bytes 类似，但专为高安全性应用设计（如密钥生成）。可能在实现中增加额外的保护。
• 函数原型：

  int RAND_priv_bytes(unsigned char *buf, int num);
  

• 使用方法与 RAND_bytes 一致。

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3. RAND_seed 和 RAND_add

• 作用：为随机数生成器添加种子值或熵，增强其随机性。
  OpenSSL 的随机数生成器依赖熵池，通常会自动初始化，但可以通过这些函数手动添加种子数据。

• 函数原型：

  void RAND_seed(const void *buf, int num);
  void RAND_add(const void *buf, int num, double entropy);
  

  • buf：种子数据。
  • num：种子数据的字节数。
  • entropy：种子中估计的熵（单位是比特，范围 0 到 8*num）。

• 示例：

  unsigned char seed_data[] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78};
  RAND_seed(seed_data, sizeof(seed_data));
  

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4. RAND_status

• 作用：检查随机数生成器是否被正确初始化。

• 函数原型：

  int RAND_status(void);
  

  • 返回值：
    • 如果熵池已初始化且可用随机性足够，返回 1。
    • 否则返回 0。

• 示例：

  if (RAND_status() == 1) {
      printf("随机数生成器已初始化！\n");
  } else {
      printf("随机数生成器未初始化！\n");
  }
  

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随机数生成器的熵池

OpenSSL 的随机数生成器使用熵池作为随机性的来源，依赖于系统提供的随机性（如 /dev/random 或 /dev/urandom）。在大多数情况下，OpenSSL 会自动处理熵池的初始化，但开发者可以通过 RAND_seed 或 RAND_add 提供额外的种子数据。

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常见用例

1. 生成随机密钥：

   unsigned char key[32]; // 256 位密钥
   if (RAND_bytes(key, sizeof(key)) == 1) {
       printf("密钥生成成功！\n");
   }
   

2. 生成随机初始化向量 (IV)：

   unsigned char iv[16]; // 128 位 IV
   if (RAND_bytes(iv, sizeof(iv)) == 1) {
       printf("IV 生成成功！\n");
   }
   

3. 增强随机数生成器熵：

   unsigned char extra_entropy[] = {0xde, 0xad, 0xbe, 0xef};
   RAND_add(extra_entropy, sizeof(extra_entropy), 4.0); // 添加 4 比特熵
   

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注意事项

1. 使用 RAND_bytes 或 RAND_priv_bytes

   • 推荐使用这两个函数生成随机数，因为它们提供加密级别的安全性。
   • 不建议使用 RAND_pseudo_bytes，因为它已被弃用。

2. 熵的重要性

   • 高质量的熵是随机数生成的核心。如果熵不足，生成的随机数可能会被预测，降低安全性。

3. 平台依赖

   • OpenSSL 的随机数生成器在不同平台上依赖系统的熵源，例如 /dev/urandom 或 Windows 的 CryptGenRandom。

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OpenSSL 的随机数生成函数设计灵活，满足了从简单随机需求到高安全性应用的各种场景。如果需要更高安全性的随机数生成，推荐使用 RAND_priv_bytes。

二、使用哈希算法生成随机的密钥

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <openssl/rand.h>
#include <openssl/evp.h>

#define SEED_LENGTH 32  // 随机种子长度（32 字节 = 256 位）
#define KEY_LENGTH 32   // 密钥长度（32 字节 = 256 位）

// 使用随机种子和哈希算法生成密钥
void generate_hashed_key(unsigned char *key, size_t key_length) {
    unsigned char seed[SEED_LENGTH]; // 随机种子

    // 生成随机种子
    if (!RAND_bytes(seed, sizeof(seed))) {
        fprintf(stderr, "随机种子生成失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 打印随机种子（调试用）
    printf("随机种子: ");
    for (size_t i = 0; i < sizeof(seed); i++) {
        printf("%02x", seed[i]);
    }
    printf("\n");

    // 使用 SHA-256 哈希函数对种子进行散列
    EVP_MD_CTX *mdctx = EVP_MD_CTX_new(); // 创建哈希上下文
    if (!mdctx) {
        fprintf(stderr, "创建哈希上下文失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 初始化哈希计算（使用 SHA-256）
    if (EVP_DigestInit_ex(mdctx, EVP_sha256(), NULL) != 1) {
        fprintf(stderr, "哈希初始化失败！\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 提供数据进行哈希计算
    if (EVP_DigestUpdate(mdctx, seed, sizeof(seed)) != 1) {
        fprintf(stderr, "哈希更新失败！\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 获取哈希结果
    unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];
    unsigned int hash_len;
    if (EVP_DigestFinal_ex(mdctx, hash, &hash_len) != 1) {
        fprintf(stderr, "哈希计算失败！\n");
        EVP_MD_CTX_free(mdctx);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 释放哈希上下文
    EVP_MD_CTX_free(mdctx);

    // 取哈希结果的前 key_length 字节作为密钥
    if (key_length > hash_len) {
        fprintf(stderr, "密钥长度超出哈希值长度！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    memcpy(key, hash, key_length);

    // 打印生成的密钥（调试用）
    printf("生成的密钥: ");
    for (size_t i = 0; i < key_length; i++) {
        printf("%02x", key[i]);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    unsigned char key[KEY_LENGTH]; // 存储生成的密钥

    // 调用密钥生成函数
    generate_hashed_key(key, KEY_LENGTH);

    return 0;
}

运行两次的结果：

这里可以看到每次运行后生成的密钥都是不一样的，这样就保证了密钥的不一致性。