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0115_Openssl_RSA_Hash_Sign.md

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0115_Openssl_RSA_Hash_Sign.md

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Openssl RSA Hash Sign

RAS Hash签名、验签

参考

RAS基本概念

RSA模数和指数，对应到结构中分别是其中的n和e，模反数对应d，最开始的质数因子对应p和q，n和e决定了公钥，n和d决定了私钥。

DER长度

如果长度的第一个字节为:

  • 如果是0x80, 表示content的长度不确定, 需要根据content的定义来解码content, 此时content之后需要跟随结束码
  • 若不是0x80, 则又分为单字节编码和多字节编码.
    • 如果content的长度小于或等于127个字节, 则使用1个字节表示长度.
    • 如果content的长度大于127个字节, 则长度的第1个字节的低7位表示长度占用的字节数(不包含第1个字节), 第1个字节的最高位bit8置为1. 随后的N个字节(包含所有的8bit)共同表示一个整数假设长度为201, 它的二进制为110010012, 最后编码为 10000001 110010012

签名验签步骤

  • https://github.com/ZengjfOS/RaspberryPi/tree/RSA_Hash_Sign
  • openssl genrsa -out rsa_private_key.pem 2048
  • openssl rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem
  • 生成hash：
  • 从头文件获取：
    • make -C ../der && cd ../der && ./header2bin && cd -
    • cp ../der/out.bin .
    • sha256sum out.bin 
      9af8a28bf1096b58751ab5ef5f696c5df3050124bb9fec51bd9bf190d04c618f  out.bin
  • 从der直接提取
    • ../der/extractHeader
      • 目前没有直接保存成bin文件，而是提取成头文件，可以修改为保存为bin的形式
  • python版本的查看信息：hash/extractKey.py
  • sha256sum out.bin | cut -d " " -f 1 > hash.txt
  • openssl rsautl -sign -in hash.txt -out hash.sig -inkey rsa_private_key.pem
  • openssl rsautl -verify -in hash.sig -out hash.verify -inkey rsa_public_key.pem -pubin
  • cmp hash.txt hash.verify
  • 以上签名是直接对Hash签名，还有一种是对Hash进行PASS签名

der解析

  • openssl rsa -pubin -inform PEM -in rsa_public_key.pem -outform DER -out rsa_public_key.der
  • hexdump -v -e '1/1 "%02x"' rsa_public_key.der
    • 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
    • 输出的hex文本可以在这里面进行解码：https://lapo.it/asn1js/#
    • 30: sequence (type)
    • 82: length property(最高位1(0x80)表示可变长，2(0x02)表示长度为两字节)
    • 01 22: 290 byte (length value)
      • 30: sequence (type)
        • 0d: 13 byte (length value)
          • 06: Object identifier
          • 09: 长度为9个字节
            • 2a 86 48 86 f7 0d 01 01 01
          • 05 00
            • NULL
            • tag = 5
            • 固定值: 0x05 0x00
      • 03: 表示bitstring
        • 82: length property(最高位1(0x80)表示可变长，2(0x02)表示长度为两字节)
        • 01 0f: 271 byte (length value)
          • 00: padding的比特数为0.
          • 30: sequence (type)
          • 82: length property(最高位1(0x80)表示可变长，2(0x02)表示长度为两字节)
          • 01 0a: 266 byte (length value)
            • 02: tag = 2，整数
            • 82 01 01: --长度为257, 以下是一个超级大的整数, 为密钥中的n
              • 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
              • 第一个字节为00的解释：RSA模数是正数，ASN.1整数都是有符号的。因此，如果前导0x00不存在，则此字节编码将表示负数，因为第一个字节将设置高位（0xB7> = 0x80）。结果，0x00被插入到DER数据流中。
            • 02: tag = 2，整数
            • 03: 3个字节
            • 010001: 数字 65537, , 为RSA密钥中e
  • 我们只需要模数和指数，所以不用解析第一部分、

PSS签名验签

如下是stackoverflow上的示例

How to verify signature with pss padding?

$ openssl dgst -sha256 -binary payload.bin > cp1.bin
$ openssl pkeyutl -sign \
  -in cp1.bin -inkey pvt_dbg.pem \
  -out sig1.bin \
  -pkeyopt digest:sha256 \
  -pkeyopt rsa_padding_mode:pss \
  -pkeyopt rsa_pss_saltlen:-1
$ openssl pkeyutl -verify \
  -in cp1.bin -sigfile sig1.bin \
  -pkeyopt rsa_padding_mode:pss \
  -pubin -inkey pub_dbg.pem \
  -pkeyopt rsa_pss_saltlen:-1 \
  -pkeyopt digest:sha256

rsa_pss_saltlen可以尝试改成32，当然效果不会有什么特殊的，测试一下自己的命令：

  • openssl dgst -sha256 -binary hash.txt > hash.bin
  • openssl pkeyutl -sign -in hash.bin -inkey rsa_private_key.pem -out hash.sig -pkeyopt digest:sha256 -pkeyopt rsa_padding_mode:pss -pkeyopt rsa_pss_saltlen:32
  • openssl pkeyutl -verify -in hash.bin -sigfile hash.sig -pkeyopt rsa_padding_mode:pss -pubin -inkey rsa_public_key.pem -pkeyopt rsa_pss_saltlen:32 -pkeyopt digest:sha256
  • 执行流程 
    pi@raspberrypi:hash $ openssl dgst -sha256 -binary hash.txt > hash.bin
pi@raspberrypi:hash $ openssl pkeyutl -sign -in hash.bin -inkey rsa_private_key.pem -out hash.sig -pkeyopt digest:sha256 -pkeyopt rsa_padding_mode:pss -pkeyopt rsa_pss_saltlen:32
pi@raspberrypi:hash $ openssl pkeyutl -verify -in hash.bin -sigfile hash.sig -pkeyopt rsa_padding_mode:pss -pubin -inkey rsa_public_key.pem -pkeyopt rsa_pss_saltlen:32 -pkeyopt digest:sha256
Signature Verified Successfully
pi@raspberrypi:hash $

ASN1 Decode

  • https://python-asn1.readthedocs.io/en/latest/introduction_to_asn1.html
  • DER is a binary format for data structures described by ASN.1.
  • <length+>
    • http://luca.ntop.org/Teaching/Appunti/asn1.html
    • tag:
      • tag[8:7]: type
      • tag[6]: class
      • tag[5:0]: number
    • length:
      • lenth[8]: 短/长编码
      • length: 短编码：长度立即数；长编码：长度字节数；
      • length+: 长编码长度
    • value: 实际数据
  • https://github.com/andrivet/python-asn1/blob/master/examples/dump.py 
    diff --git a/examples/dump.py b/examples/dump.py
index a0cf0be..a9e1a73 100755
--- a/examples/dump.py
+++ b/examples/dump.py
@@ -154,10 +154,10 @@ parser.set_default('mode', 'pem')
 (opts, args) = parser.parse_args()

 if opts.mode == 'pem':
-    input_file = open(sys.argv[1], 'r')
+    input_file = open(args[0], 'r')
     input_data = read_pem(input_file)
 else:
-    input_file = open(sys.argv[1], 'rb')
+    input_file = open(args[0], 'rb')
     input_data = input_file.read()

 if opts.output: