【教程】ubuntu20.04 下配置 Charm-crypto 0.5 实验环境

前言

Charm-crypto 是一个基于 Python 的密码学框架，最大的特点是可以基于它进行密码学方案的原型设计，因此绝大多数的相关论文中都以此为平台进行实验验证。

但是由于 Charm-crypto 项目整体比较老旧，更新维护的很少，所以当下进行部署安装经常会遇见操作系统不兼容，依赖库版本不匹配等问题。

在看了很多网上安装教程后，感觉挺麻烦的，但是实际操作过后，其实也挺简单的，版本兼容的问题也不大。

发现很多论文的验证都是放在 U’buntu14 这样的平台上，应该是实验室继承下来的开发环境，笔者没有这样的条件，只有自己搭建一下测试的环境，并选择在 Ubuntu20.04 上完成对 Charm-crypto0.5 版本（最新版，也叫做 dev 版）。

先决条件

在正式开始之前，有一些必要的条件需要提前准备，这些条件基本和 Charm-crypto0.5 本身无关，主要是基本环境的需要。

Ubuntu20.04：至于其他较新的版本也有博主验证过，问题不大【1】
可以科学上网：由于部分资源需要外网下载，需要良好的网速
apt，apt-get 的下载源推荐使用国内的镜像，同样也是为了良好的下载速度

基本依赖安装

准备好 gcc，make 和 perl

在 Ubuntu20.04 中默认都安装好了这些工具的，你只需要通过输入上述命令，并在后面添加 -v 来确定一遍

gcc -v
make -v
perl -v

准备好 m4，flex，bison 和 libssl-dev

这几个库为后续库的前置库

sudo apt update
sudo apt install m4 flex bison libssl-dev

安装 Python3.x，pip3 和 pyparsing

由于 Ubuntu20.04 一般默认就安装了 Python3.7 和 pip3，因此这一步就无需进行过多的操作，如果没有的话，请先进行安装。

接着需要设置默认的 Python 版本为 Python3，同理 pip 也需要设置为 pip3。

将其指向的原因是后续的一些自动化配置中，会利用到 Python 命令，如果你没有将其绑定到 Python3 上，就无法执行。

本文通过软链接的方式将 Python 指向 Python3，实现系统级修改

sudo ln -s /usr/bin/python3 /usr/bin/python

此时再次执行 python 命令则会进入 python 交互状态

python
Python 3.8.10 (default, Mar 15 2022, 12:22:08) 
[GCC 9.4.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

pip 采用相同的设置方式进行设置

下面安装 pyparsing，这是一个用于解析文本的 python 库

pip3 install pyparsing

安装 OpenSSL

OpenSSL 是一个安全套接字层的密码学库，提供了非常多的常用密码学算法

Ubuntu20.04 下默认也是安装好了 OpenSSL 的，你可以输入一下命令进行检查

openssl version
OpenSSL 1.1.1f  31 Mar 2020

安装 GMP5.x

GMP 是一个提供高精度运算的开源库，它的官方网站链接在这里

首先进入官方的下载页面，选择下载 gmp-5.1.3.tar.bz2 这个版本，在 Ubuntu20.04 下，下载的文件被放入了 Downloads 文件夹中，下面执行如下的命令对 GMP 进行安装

# 回到 Home 目录
cd ~# 进入 Downloads 文件夹
cd Downloads/# 解压文件，并移动至 /usr/local/src
# 该目录常被用于存放本地安装程序的源码
sudo tar -jxvf gmp-5.1.3.tar.bz2 -C /usr/local/src# 进入该目录
cd /usr/local/src/gmp-5.1.3# 执行配置文件
sudo ./configure# make
sudo make# 安装
sudo make install

安装成功后出现如下界面
在这里插入图片描述

安装 PBC

PBC 是一个基于 GMP 的提供“配对”功能的密码学库，它的官方网站链接在这里

类似 GMP 的安装方式，我们先在相关的下载页面选择最新版进行下载，即 pbc-0.5.14.tar.gz

下载完成后，我们进入 Downloads 文件夹中，并执行如下命令进行安装操作

cd Downloads/# 解压并移动至 /usr/local/src
sudo tar -zxvf pbc-0.5.14.tar.gz -C /usr/local/src# 进入该目录
cd /usr/local/src/pbc-o.5.14.tar.gz# 配置
sudo ./configure# 编译
sudo make# 安装
sudo make install

安装成功后出现如下界面
在这里插入图片描述

安装 Charm-crypto5.0

在 Charm-crypto5.0 的 Github 仓库中，找到 dev 版本进行下载（dev 就是 5.0 版本）
在这里插入图片描述
接下来我们执行如下命令进行安装

# 移动 Charm-dev.zip 至 /usr/local/src
sudo mv charm-dev.zip /usr/local/src# 进入该目录
cd /usr/local/src/# 解压
sudo unzip charm-dev.zip # 进入 charm-dev 并进行配置
cd charm-dev/
sudo ./configure.sh # make
sudo make# 安装
sudo make install

安装成功后出现如下界面
在这里插入图片描述

安装开发环境

在本文中选择 vscode + 相关插件进行开发，也可以选择诸如 Pycharm 等 IDE 开发工具

在桌面导航栏中选择【软件中心】进行安装，具体步骤如下
在这里插入图片描述
安装完成后，打开命令行输入 code 启动 vscode

接下来我们在插件中安装 python 开发需要用到的插件，按如下顺序进行安装即可。Flake8 和 yapf 都是用于代码格式化的插件

至此，Python 的开发环境已经安装完成

然后，我们随便新建一个文件进行测试
在这里插入图片描述
如果你的控制台能够产生合法输出，则说明 python 开发环境安装成功

【注】如果你的 Ubuntu 中没有左侧的【软件中心】，可以执行如下命令进行安装，安装完毕后该图标会出现在导航栏中

sudo apt install gnome-software

检验 Charm-crypto5.0 安装成功

接着，我们创建一个密码学测试文件
在这里插入图片描述
输入如下代码

import hashlib# 创建一个 hashlib.sha256 对象
hasher = hashlib.sha256()# 将数字 123 转换为字节数组
data = str(123).encode()# 使用 sha256 哈希函数更新数据
hasher.update(data)# 获取哈希值
hash_value = hasher.hexdigest()# 打印哈希值
print(hash_value) # a665a45920422f9d417e4867efdc4fb8a04a1f3fff1fa07e998e86f7f7a27ae3