實驗一-密碼引擎-3-加密API

20211312徐元琦發表於2024-04-14
密碼加密API

實驗一-密碼引擎-3-加密API研究

任務詳情

密碼引擎API的主要標準和規範包括：

  1. 微軟的Crypto API
  2. RAS公司的PKCS#11標準
  3. 中國商用密碼標準：GMT 0016-2012 智慧密碼鑰匙密碼應用介面規範，GMT 0018-2012密碼裝置應用介面規範等

研究以上API介面，總結他們的異同，並以龍脈GM3000Key為例，寫出呼叫不同介面的程式碼，提交部落格連結和程式碼連結。

內容：

0. 查詢各種標準的原始文件，研究學習

  • 微軟的Crypto API
    • CryptoAPI 系統體系結構
    • Web Crypto API
  • PKCS#11
    • PKCS#11標準文件
  • 中國商用密碼標準
    • GMT 0016-2012 智慧密碼鑰匙密碼應用介面規範
    • GMT 0018-2012 密碼裝置應用介面規範

1. 總結這些API在程式設計中的使用方式

  • 微軟的Crypto API:
    • 提供了一組函式用於在 Windows 平臺上執行各種加密和安全操作，包括資料加密、數字簽名、證書管理等。開發者可以使用這些函式來實現檔案加密、數字簽名、證書管理等功能，而不需要了解底層加密演算法的細節。
  • PKCS#11:
    • 定義了一組平臺無關的 API，用於與密碼令牌（如硬體安全模組和智慧卡）進行互動。提供了對加密物件（如RSA金鑰、X.509證書、對稱金鑰等）的建立、使用、修改和刪除的功能。
  • 中國商用密碼標準:
    • GMT 0016-2012：規定了基於PKI密碼體制的智慧密碼鑰匙密碼應用介面，包括函式、資料型別、引數定義等。
    • GMT 0018-2012：規定了服務類密碼裝置的應用介面標準，適用於密碼裝置的研製、使用和應用開發。

2. 列出這些API包含的函式，並進行分類

微軟的Crypto API:

  • 加密函式：
    • CryptEncrypt, CryptDecrypt
  • 數字簽名函式：
    • CryptSignMessage, CryptVerifyMessage
  • 證書管理函式：
    • CertCreateCertificateContext, CertFreeCertificateContext

PKCS#11:

  • 初始化函式：
    • C_Initialize, C_Finalize
  • 物件管理函式：
    • C_CreateObject, C_DestroyObject
  • 加密函式：
    • C_Encrypt, C_Decrypt

中國商用密碼標準:

GMT 0016-2012:

  • 金鑰管理函式：
    • InitKeyHandle, GenerateKey
  • 加密函式：
    • EncryptData, DecryptData

GMT 0018-2012:

  • 裝置初始化函式：
    • DeviceInit, DeviceFinal
  • 物件管理函式：
    • CreateObject, DestroyObject

程式碼示例

Crypto API

// 主函式
void main(void)

// 加密檔案
BOOL EncryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword)

// 解密檔案
BOOL DecryptFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination, PCHAR szPassword)

// 簽名檔案
BOOL SignFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination)

// 驗證簽名
BOOL VerifyFile(PCHAR szSource, PCHAR szDestination)

// 錯誤處理
void HandleError(char *s)
加密檔案
開啟原始檔: hSource = fopen(szSource,“rb”)
取得金鑰容器（CSP）控制代碼: CryptAcquireContext(&hCryptProv,NULL,NULL,PROV_RSA_FULL,0)
建立會話金鑰:
CryptCreateHash(hCryptProv,CALG_MD5, 0, 0, &hHash)
CryptHashData(hHash, (BYTE *)szPassword, strlen(szPassword), 0)
CryptDeriveKey(hCryptProv, ENCRYPT_ALGORITHM, hHash, KEYLENGTH, &hKey)
CryptDestroyHash(hHash)
加密資料檔案:
CryptEncrypt(hKey, 0, feof(hSource), 0, pbBuffer, &dwCount, dwBufferLen)
清理工作:
free(pbBuffer)
CryptDestroyKey(hKey)
CryptDestroyHash(hHash)
CryptReleaseContext(hCryptProv, 0)
解密檔案
開啟加密檔案（同上）
取得金鑰容器（CSP）控制代碼（同上）
建立會話金鑰（同上）
解密資料檔案:
CryptDecrypt(hKey, 0, feof(hSource), 0, pbBuffer, &dwCount)
清理工作: （同上）
簽名檔案
開啟原始檔（同上）
取得金鑰容器（CSP）控制代碼（同上）
取得簽名用的金鑰控制代碼（非對稱RSA金鑰）
CryptGetUserKey(hCryptProv, AT_SIGNATURE, &hKey)
匯出簽名用金鑰對的公鑰
CryptExportKey(hKey, NULL, PUBLICKEYBLOB, 0, pbKeyBlob, &dwBlobLen)
計算資料檔案的Hash值
CryptCreateHash(hCryptProv, CALG_MD5, 0, 0, &hHash)
CryptHashData(hHash, pbBuffer, dwCount, 0)
對資料檔案的Hash值進行簽名
CryptSignHash(hHash, AT_SIGNATURE, NULL, 0, pbSignature, &dwSigLen)
清理工作: （同上）
驗證簽名
開啟檔案（同上）
取得金鑰容器（CSP）句

（2）PKCS#11

根據機制標記，可以分為幾類：

CKF_ENCRYPT：加密類
CKF_DECRYPT：解密類
CKF_DIGEST：摘要類
CKF_SIGN：簽名類
CKF_SIGN_RECOVER：可恢復簽名類
CKF_VERIFY：驗證類
CKF_VERIFY_RECOVER：可恢復驗證類
CKF_GENERATE：金鑰產生
CKF_GENERATE_KEY_PAIR：金鑰對產生
CKF_WRAP：金鑰封裝
CKF_UNWRAP：金鑰解封
CKF_DERIVE：金鑰派生

（3）GMT 0016-2012

（4）GMT 0018-2012

下列檔案對於本檔案的應用是必不可少的。凡是注日期的引用檔案，僅注日期的版本適用於本檔案，凡是不注日期的引用檔案，其最新版本(包括所有的修單)適用於本檔案，

- GM/T0006 密碼應用標識規範
- GM/T0009 SM2密碼演算法使用規範


3. 以龍脈GM3000Key為例，寫出呼叫不同介面的程式碼

# 使用微軟的Crypto API
import win32crypt

def encrypt_data(data, key):
    encrypted_data = win32crypt.CryptEncrypt(data, key)
    return encrypted_data

def decrypt_data(data, key):
    decrypted_data = win32crypt.CryptDecrypt(data, key)
    return decrypted_data

# 使用PKCS#11
from pkcs11 import CryptoToken

def encrypt_data(data, token):
    encrypted_data = token.encrypt(data)
    return encrypted_data

def decrypt_data(data, token):
    decrypted_data = token.decrypt(data)
    return decrypted_data

# 使用GMT 0016-2012
from gmt0016 import SmartKey

def encrypt_data(data, key_handle):
    encrypted_data = SmartKey.encrypt_data(data, key_handle)
    return encrypted_data

def decrypt_data(data, key_handle):
    decrypted_data = SmartKey.decrypt_data(data, key_handle)
    return decrypted_data

# 使用GMT 0018-2012
from gmt0018 import ServiceKeyDevice

def encrypt_data(data, device_handle):
    encrypted_data = ServiceKeyDevice.encrypt(data, device_handle)
    return encrypted_data

def decrypt_data(data, device_handle):
    decrypted_data = ServiceKeyDevice.decrypt(data, device_handle)
    return decrypted_data


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