实验一-密码引擎-加密API实现与测试

1 下载并查找GMT 0018-2012密码设备应用接口规范原始文档进行学习 （5分）

2 实现GMT 0018-2012密码设备应用接口规范的接口函数，至少实现：
1）设备管理中的打开设备，关闭设备，获取设备信息，产生随机数（4分）
2）密钥管理导出 ECC 签名公钥;SDF_ExportSignPublicKey_ECC I.导出 ECC加密公钥∶SDF_ExportEncPublicKey_ECC J. 产生 ECC非对称密钥对并输出∶SDF_GenerateKeyPair_ECC K. （6分）
3）非对称算法（至少支持SM2）：外部密钥 ECC验证∶SDF_ExternalVerify_ECC ，内部密钥 ECC签名;SDF_InternalSign_ECC ，内部密钥 ECC验证∶SDF_InternalVerify_ECC  外部密钥 ECC加密∶SDF_ExternalEncrypt_ECC （8分）
4）对称算法（至少支持SM4）∶SDF_Encrypt  对称解密∶SDF_Dccrypt 计算 MAC∶SDF_CalculateMAC（6分）
5）杂凑算法（至少支持SM3）：· 杂凑运算初始化∶SDF_HashInit· 多包杂凑运算∶SDF_HashUpdate· 杂凑运算结束∶SDF_HashFinal（6分）

密钥管理要求（10分）
基于本标准设计、开发的密码设备在密钥管理方面，应满足以下要求; 1）设备密钥的使用不对应用系统开放; 2） 密钥必须用安全的方法产生并存储;
3） 在任何时间、任何情况下，除公钥外的密钥均不能以明文形式出现在密码设备外; 4） 密码设备内部存储的密钥应具备有效的密钥保护机制，防止解剖、探测和非法读取; 5） 密码设备内部存储的密钥应具备权限控制机制，防止非法使用和导出。

设备状态要求（5分）
基于本标准设计、开发的密码设备在设备状态方面，应满足以下要求; 1） 密码设备应具有初始和就绪两个状态;
2） 未安装设备密钥的密码设备应处干初始状态，已安装设备密钥的密码设备应处于就绪状态; 3） 在初始状态下，除可读取设备信息、设备密钥的生成或恢复操作外，不能执行任何操作，生成或恢复设备密钥后，密码设备处于就绪状态;
4） 在就绪状态下，除设备密钥的生成或恢复操作外，应能执行任何操作; 5） 在就绪状态下进行的密钥操作，设备操作员应经过密码设备的认证。

1.下载并查找GMT 0018-2012密码设备应用接口规范原始文档进行学习

设备管理类函数

打开设备：SDF_OpenDevice
关闭设备：SDF_CloseDevice
创建会话：SDF_OpenSession
关闭会话：SDF_CloseSession
获取设备信息：SDF_GetDeviceInfo
产生随机数：SDF_GenerateRandom
获取私钥使用权限：SDF_GetPrivateKeyAccessRight
释放私钥使用权限：SDF_ReleasePrivateKeyAccessRight

密钥管理类函数

导出 RSA 签名公钥:SDF_ExportSignPublicKey_RSA
导出 RSA 加密公钥:SDF_ExportEncPublicKey_RSA
产生RSA非对称密钥对并输出:SDF_GenerateKeyPair_RSA
生成会话密钥并用内部RSA公钥加密输出：SDF_GenerateKeyWithIPK_RSA
生成会话密钥并用外部RSA公钥加密输出：SDF_GenerateKeyWithEPK_RSA
导人会话密钥并用内部RSA私钥解密：SDF_ImportKeyWithISK_RSA
基于 RSA 算法的数宇信封转换：SDF_ExchangeDigitEnvelopeBaseOnRSA
导出 ECC 签名公钥：SDF_ExportSignPublicKey_ECC
导出 ECC 加密公钥:SDF_ExportEncPublicKey_ECC
产生ECC非对称密钥对并输出：SDF_GenerateKeyPair_ECC
生成会话密钥并用内部ECC公钥加密输岀：SDF_GenerateKeyWithIPK_ECC
生成会话密钥并用外部ECC公钥加密输出：SDF_GenerateKeyWithEPK_ECC
导入会话密钥并用内部ECC私钥解密：SDFJmportKeyWithlSKJECC
生成密钥协商参数并输出：SDF_GenerateAgreementDataWithECC
计算会话密钥:SDF_GenerateKey WithECC
产生协商数据并计算会话密钥:SDF_GenerateAgreementDataAndKeyWithECC
基于 ECC算法的数字信封转换：SDF_ExchangeDigitEnvelopeBaseOnECC
生成会话密钥并用密钥加密密钥加密输出: SDF_GenerateKeyWithKEK
导入会话密钥并用密钥加密密钥解密：SDF_ImportKeyWithKEK
销毁会话密钥:SDF_DestroyKey

非对称算法运算类函数

外部公钥 RSA 运算:SDF_ExternalPublicKeyOperation_RSA
内部公钥 RSA 运算:SDF_InternalPublicKeyOperation_RSA
内部私钥 RSA 运算：SDF_InternalPrivateKeyOperation_RSA
外部密钥 ECC 验证:SDF_ExternalVerify_ECC
内部密钥 ECC 签名:SDF_InternalSign_ECC
内部密钥 ECC 验证:SDF_InternalVerify_ECC
外部密钥 ECC 加密:SDF_ExternalEncrypt_ECC

对称算法运算类函数

对称加密：SDF_Encrypt
对称解密：SDF_Decrypt
计算MAC:SDF_CalculateMAC

杂凑运算类函数

杂凑运算初始化：SDF_HashInit
多包杂凑运算：SDF_HashUpdate
杂凑运算结束：SDF_HashFinal

2.实现GMT 0018-2012密码设备应用接口规范的接口函数

打开设备

原型：int SDF_OpenDevice(void ** phDeviceHandle);

功能：打开密码设备

参数：phDeviceHandle[out] 返回设备句柄

返回值：0 成功

      非0 失败,返回错误代码

关闭设备

原型：int SDF_CloseDevice(void * hDeviceHandle);

功能：关闭密码设备，并释放相关资源

参数：hDeviceHandle[in] 已打开的设备句柄

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

获取设备信息

原型：int SDF_GetDeviceInfo(void * hSessionHandle,DEVICEINFO * pstDeviceInfo);

功能：获取设备信息

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      pstDeviceInfo[out] 设备能力描述信息，内容及格式见设备信息定义

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

产生随机数

原型：int SDF_GenerateRandom (void * hSessionHandle, unsigned 
int uiLength,unsigned char * pucRandom);

功能：获取指定长度的随机数

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiLength[in]       欲获取的随机数长度

      pucRandom[out]     缓冲区指针，用于存放获取的随机数

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

产生ECC密钥对并输出

原型：int SDF_GenerateKeyPair_ECC( void * hSessionHandle,unsigned int uiAlgID,unsigned int uiKeyBits, 
ECCrefPublicKey * pucPublicKey,ECCrefPrivateKey * pucPrivateKey);

功能：请求密码设备产生指定类型和模长的ECC密钥对

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiAlgID[in]        指定算法标识

      uiKeyBits[in]      指定密钥长度

      pucPublicKey[out]  ECC公钥结构

      pucPrivateKey[out] ECC私钥结构

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

使用外部ECC公钥对ECC签名值进行验证运算

原型：int SDF_ExternalVerify_ECC(void * hSessionHandle,unsigned int uiAlgID,ECCrefPublicKey * pucPublicKey, 
unsigned char * pucDataInput, unsigned int uiInputLength, ECCSignature * pucSignature);

功能：使用外部ECC公钥对ECC签名值进行验证运算

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiAlgID[in]        算法标识，指定使用的ECC算法

      pucPublicKey[in]   外部ECC公钥结构

      pucData[in]        缓冲区指针，用于存放外部输入的数据

      uiDataLength[in]   输入的数据长度

      pucSignature[in]   缓冲区指针,用于存放输入的签名值数据

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：输入数据为待签数据的杂凑值。当使用SM2算法时，该输入数据为待签数据经过SM2签名预处理的结果,预处理过程见GM/T 0009。

使用内部ECC私钥对数据进行签名运算

原型：int SDFInternalSign_ECC(void * hSessionHandle, unsigned int uiISKIndex, unsigned char * pucData,
unsigned int uiDataLength, ECCSignature * pucSignature);

功能：使用内部ECC私钥对数据进行签名运算

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiISKIndex[in]     密码设备内部存储的ECC签名私钥的索引值

      pucData[in]        缓冲区指针，用于存放外部输入的数据

      uiDataLength[in]   输入的数据长度

      pucSignature[out]  缓冲区指针,用于存放输入的签名值数据

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：输入数据为待签数据的杂凑值。当使用SM2算法时，该输入数据为待签数据经过SM2签名预处理的结果,预处理过程见GM/T 0009。

使用内部ECC公钥对ECC签名值进行验证运算

原型：int SDF_InternalVerify_ECC(void * hSessionHandle,unsigned int uiISKIndex,unsigned char * pucData,
unsigned int uiDataLength, ECCSignature * pucSignature);

功能：使用内部ECC公钥对ECC签名值进行验证运算

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiISKIndex[in]    密码设备内部存储的ECC签名私钥的索引值

      pucData[in]        缓冲区指针，用于存放外部输入的数据

      uiDataLength[in]   输入的数据长度

      pucSignature[out]  缓冲区指针,用于存放输入的签名值数据

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：输入数据为待签数据的杂凑值。当使用SM2算法时，该输入数据为待签数据经过SM2签名预处理的结果,预处理过程见GM/T 0009。

使用外部ECC公钥对数据进行加密运算

原型：int SDF_ExternalEncrypt_ECC(void * hSessionHandle, unsigned int uiAlgID,
ECCrefPublicKey * pucPublicKey, unsigned char * pucData, unsigned int uiDataLength, ECCCipher * pucEncData);

功能：使用外部ECC公钥对数据进行加密运算

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiAlgID[in]        算法标识，指定使用的ECC算法

      pucPublicKey[in]   外部ECC公钥结构

      pucData[in]        缓冲区指针，用于存放外部输入的数据

      uiDataLength[in]   输入的数据长度

      pucEncData[out]    缓冲区指针，用于存放输出的数据密文

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

使用指定的密钥句柄和IV对数据进行对称加密运算

原型：int SDF_Encrypt(void * hSessionHandle,void * hKeyHandle,unsigned int uiAlgID, unsigned char * pucIV, 
unsigned char * pucData, unsigned int uiDataLength , unsigned char * pucEncData,unsigned int * puiEncDataLength);

功能：使用指定的密钥句柄和IV对数据进行对称加密运算

参数：hSessionHandle[in]    与设备建立的会话句柄

      hKeyHandle[in]        指定的密钥句柄

      uiAlgID[in]           算法标识,指定对称加密算法

      pucIV[in|out]         缓冲区指针，用于存放输入和返回的IV数据

      pucData[in]           缓冲区指针，用于存放输入的数据明文

      uiDataLength[in]      输入的数据明文长度

      pucEncData[out]       缓冲区指针，用于存放输出的数据密文

      puiEncDataLength[out] 输出的数据密文长度

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：此函数不对数据进行填充处理,输入的数据必须是指定算法分组长度的整数倍

使用指定的密钥句柄和IV对数据进行对称解密运算

原型：int SDF_Decrypt (void * hSessionHandle, void * hKeyHandle, unsigned int uiAlgID, unsigned char * pucIV,
unsigned char * pucEncData, unsigned int uiEncDataLength, unsigned char * pucData, unsigned int * puiDataLength);

功能：使用指定的密钥句柄和IV对数据进行对称解密运算

参数：hSessionHandle[in]    与设备建立的会话句柄

      hKeyHandle[in]        指定的密钥句柄

      uiAlgID[in]           算法标识,指定对称加密算法

      pucIV[in|out]         缓冲区指针，用于存放输入和返回的IV数据

      pucEncData[in]        缓冲区指针，用于存放输入的数据明文

      uiEncDataLength[in]   输入的数据明文长度

      pucData[out]          缓冲区指针，用于存放输出的数据密文

      puiDataLength[out]    输出的数据密文长度

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：此函数不对数据进行填充处理,输入的数据必须是指定算法分组长度的整数倍

使用指定的密钥句柄和IV对数据进行MAC运算

原型：int SDF_CalculateMAC(void * hSessionHandle,void * hKeyHandle, unsigned int uiAlgID, unsigned char * pucIV, 
unsigned char * pucData, unsigned int uiDataLength ,unsigned char * pucMAC, unsigned int * puiMACLength);

功能：使用指定的密钥句柄和IV对数据进行MAC运算

参数：hSessionHandle[in]    与设备建立的会话句柄

      hKeyHandle[in]        指定的密钥句柄

      uiAlgID[in]           算法标识,指定对称加密算法

      pucIV[in|out]         缓冲区指针，用于存放输入和返回的IV数据

      pucData[in]           缓冲区指针，用于存放输出的数据明文

      uiDataLength[in]      输入的数据明文长度

      pucMAC[out]           缓冲区指针，用于存放输出的MAC值

      puiMACLength[out]     输出的MAC值长度

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：此函数不对数据进行分包处理，多包数据MAC运算由IV控制最后的MAC值

杂凑运算初始化

原型：int SDF_HashInit(void * hSession Handle, unsigned int uiAlgID,ECCrefPublicKey * pucPublicKey,unsigned char * pucID, unsigned int uiIDLength);

功能：三步式数据杂凑运算第一步,杂凑运算初始化

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      uiAlgID[in]        指定杂凑算法标识

      pucPublicKey[in]   签名者公钥。当uiAlgID为SGD_SM3时有效。

      pucID[in]          签名者的ID值,当uiAlgID为SGD_SM3时有效。

      uiIDLength[in]     签名者ID的长度,当uiAlgID为SGD.SM3时有效。

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

备注：uiIDLength非零且uiAlgID为SGD_SM3时，函数执行SM2的预处理1操作。计算过程见GM/T 0009。

多包杂凑运算

原型：int SDF_HashUpdate(void * hSessionHandle,unsigned char * pucData,unsigned int uiDataLength);

功能：三步式数据杂凑运算第二步，对输入的明文进行杂凑运算

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      pucData[in]        缓冲区指针，用于存放输入的数据明文

      uiDataLength[in]   输入的数据明文长度

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

杂凑运算结束

原型：int SDF_HashFinal (void * hSessionHandle,unsigned char * pucHash,unsigned int * puiHashLength);

功能：三步式数据杂凑运算第三步，杂凑运算结束返回杂凑数据并清除中间数据

参数：hSessionHandle[in] 与设备建立的会话句柄

      pucHash[out]       缓冲区指针，用于存放输出的杂凑数据

      puiHashLength[out] 返回的杂凑数据长度

返回值：0 成功

        非0 失败,返回错误代码

实践过程

sdf.h

#ifndef _SDF_H
#define _SDF_H
//定义设备信息结构
typedef struct DeviceInfo_st{
unsigned char IssuerName[40]; //设备生产商名称
unsigned char DeviceName[16];
unsigned char DeviceSerial[16];
unsigned int DeviceVersion;
unsigned int StandardVersion;
unsigned int AsymAlgAbility[2];
unsigned int SymAlgAbility;
unsigned int HashAlgAbility;
unsigned int BufferSize;
}DEVICEINFO;

//Error Code
#define SDF_OK 0x0 //操作成功
#define SDR_BASE   0x01000000   //错误码基础值
#define SDR_UNKNOWERR   SDR_BASE+0x00000001  //未知错误
#define SDR_NOTSUPPORT   SDR_BASE+0x00000002  //不支持的接口调用
#define SDR_COMMFAIL   SDR_BASE +0x00000003  //与设备通信失败
#define SDR_HARDFAIL    SDR_BASE+ 0x00000004   //运算模块无响应
#define SDR_OPENDEVICE   SDR_BASE+0x00000005  //打开设备失败
#define SDR_OPENSESSION  SDR_BASE + 0x00000006  //创建会话失败
#define SDR_PARDENY   SDR_BASE +0x00000007    //无私钥使用权限
#define SDR_KEYNOTEXIST   SDR_ BASE+0x00000008   //不存在的密钥调用
#define SDR_ALGNOTSUPPORT   SDR_BASE + 0x00000009  //不支持的算法调用
#define SDR_ALGMODNOTSUPPORT   SDR_BASE+ 0x0000000A   //不支持的算法模式调用
#define SDR_PKOPERR   SDR_BASE+ 0x0000000B   //公钥运算失败
#define SDR_SK OPERR  SDR_BASE + 0x0000000C  //私钥运算失败
#define SDR_SIGNERR    SDR _BASE+0x0000000D   //签名运算失败
#define SDR_VERIFYERR   SDR_BASE +0x0000000E   //验证签名失败
#define SDR_SYMOPERR   SDR_BASE+ 0x0000000F   //对称算法运算失败
#define SDR_STEPERR   SDR_BASE+0x00000010  //多步运算步骤锗误
#define SDR_FILES1ZEERR   SDR_BASE+0x00000011  //文件长度超出限制
#define SDR_FILENOEXIST   SDR_BASE+0x00000012   //指定的文件不存在
#define SDR_FILEOFSERR  SDR_BASE+0x00000013  //文件起始位置错误
#define SDR_KEYTYPEERR  SDR_BASE+0x00000014  //密钥类型缙误
#define SDR_KEYERR  SDR_BASE+0x00000015  //密钥缙误
#define SDR_ENCDATAERR  SDR_BA3E+0x00000016  //ECC加密数据错误
#define SDR_RANDERR  SDR_BASE+0x00000017  //随机数产生失败
#define SDR_PRKRERR  SDR_BASE+0x00000018  //私钥使用权限获取失败
#define SDR_MACFRR  SDR_BASE+0x00000019 //MAC运算失败
#define SDR_FILEEXISTS   SDR_BASE+ 0x0000001A  //指定文件已存在
#define SDR_FILEWERR  SDR_BASE+0x0000001B  //文件写入失败
#define SDR_NORUFFER  SDR_BASE+0x0000001c  //存储空间不足
#define SDR_INARGERR  SDR_BASE+0x0000001D  //输入参数错误
#define SDR_OUTARGERR  SDR_BASE +0x0000001E  //输出参数错误


//设备管理
/*
功能：打开密码设备
参数:
phDeviceHandle[out]返回设备句柄
返回值:
0       成功
非0   失败,返回错误代码
备注:
phDeviceHandle由函数初始化并填写内容
*/
int SDF_OpenDevice(void ** phDeviceHandle);

/*
功能：关闭密码设备,并释放相关资源。
参数:
hDeviceHandle[in]   已打开的设备句柄
返回值:
0        成功
非0     失败,返回错误代码
*/
int SDF_CloseDevice( void * hDeviceHandle);

/*
功能：获取密码设备能力描述。
参数:
hSessionHandle[in]  与设备建立的会话句柄
pstDeviceInfo [out]  设备能力描述信息,内容及格式见设备信息定义
返回值:
0        成功
非0     失败,返回错误代码 
*/
int SDF_GetDeviceInfo(
void * hSessionHandle,
DEVICEINFO * pstDeviceInfo);

/*
功能：获取指定长度的随机数。
参数：hSessionHandle[in]   与设备建立的会话句柄
uilength[in]   欲获取的随机数长度
pucRandom[out]   缓冲区指针,用于存放获取的随机数
返回值:
0        成功
非0     失败,返回错误代码 
*/
int SDF_GenerateRandom (
void * hSessionHandle,unsigned int uiLength,
unsigned char * pucRandom);


#endif

sdf.c

#include<stdio.h>
# include <stdlib.h>
#include<string.h>
#include "sdf.h"
#include<time.h>
#include <openssl/bn.h>
int SDF_OpenDevice( void ** phDeviceHandle)
{
 return SDF_OK;
}
int SDF_CloseDevice( void * hDeviceHandle)
{
 return SDF_OK;
}
int SDF_GetDeviceInfo(void * hSessionHandle,DEVICEINFO * pstDeviceInfo)
{
 DEVICEINFO di;
 strcpy(di.IssuerName,"tzjSDF");
 strcpy(di.DeviceName,"SDFtzj20191202");
 strcpy(di.DeviceSerial,"20220428");
 di.DeviceVersion=1;
 (*pstDeviceInfo)= di; 
 
 return SDF_OK;
}
int SDF_GenerateRandom (void * hSessionHandle,unsigned int uiLength,unsigned char * pucRandom)
{
 BIGNUM *bn;
        
        int i;
        bn = BN_new(); //生成一个BIGNUM结构
        //int bits = 20;
        int top = -1;
        int bottom = 1;
        BN_rand(bn, uiLength, top, bottom); //生成指定bits的随机数
        char *a = BN_bn2hex(bn); //转化成16进制字符串
        puts(a);
        printf("\n");
        for(i=0;*(a+i)!='\0';i++)
        {
            *(pucRandom+i)=*(a+i);
        }
        *(pucRandom+i)='\0';
        BN_free(bn); //释放BIGNUM结构
        return SDF_OK;
}

main.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include "sdf.h"
int main(){
   void **pdh;
   pdh=(void **)malloc(20);  //给pdh分配空间
   int ret;
   ret = SDF_OpenDevice(pdh);  //返回handle的指针

   if(ret != SDF_OK)
   {
    printf("打开设备失败\n");
   }
   else
   {
    printf("打开设备成功！\n");
  }
   printf("查看设备信息\n");
   DEVICEINFO a;
   ret = SDF_GetDeviceInfo(*pdh,&a);
   if(ret !=SDF_OK)
           printf("查看设备信息失败！\n");
   else
           printf("查看设备信息成功！\n");
   printf("设备名字叫做%s\n",a.DeviceName);
   printf("设备版本号为%d\n",a.DeviceVersion);
   printf("想要获取的随机数长度为：\n");
   int n;
   scanf("%d",&n);
   char string[100];
   ret = SDF_GenerateRandom(*pdh,n,string);
   if(ret !=SDF_OK)
    printf("生成随机数失败！");
    else
     printf("生成的随机数为%s\n",string);
   ret = SDF_CloseDevice(*pdh);
   if(ret != SDF_OK)
   {
    printf("关闭不成功！\n");
   }
   else
   {
    printf("关闭成功！\n");
   }
}

gcc test/main.c src/sdf.c -o bin/test -Iinclude  -lpthread -lcrypto

posted @ 2022-05-17 15:34 20191202王皓岩阅读(225) 评论(0) 编辑收藏举报

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20191202王皓岩

实验一-密码引擎-加密API实现与测试

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