Stfw.RuСоздание криптографического провайдера (CSP) для Windows
Эта статья для тех, кто по тем или иным причинам решил написать собственный криптопровайдер для OC семейства Windows. Зырянов Юрий Сергеевич
🕛 26.09.2006, 11:32
ВведениеЭта статья для тех, кто по тем или иным причинам решил написать собственный криптопровайдер для OC семейства Windows. Если Вы хотите реализовать в вашем провайдере нестандартные алгоритмы, то вам предстоит столкнуться с определенными трудностями. Трудности могут возникнуть, например, при попытках использования вашего криптопровайдера для проверки сертификатов в MS Internet Explorer.
Под нестандартными алгоритмами здесь понимаются не всемирные DES, RSA, DSA и т.д., а, например, алгоритмы семейства ГОСТ. Дело в том, что для RSA и подобных алгоритмов все необходимые идентификаторы уже зашиты в систему, а для ГОСТ-ов (или многих других алгоритмов) надо отдельно позаботиться о том, чтобы система их "увидела".
Для примеров кода используется Си. Все примеры кода служат только для иллюстрации принципов, изложенных в статье и не являются полноценными рабочими программами.
Также подразумевается, что у читателя есть базовые знания в области прикладной криптографии и термины "открытый ключ", "ASN.1" и подобные для него не являются загадкой.
Интеграция провайдера в Windows
Помимо наличия библиотеки самого провайдера, дополнительно требуется:
зарегистрировать провайдер и криптоалгоритмы в системе, прописав определенные параметры в реестре;
создать библиотеку с функциями конвертирования ключей из форматов криптопровайдера во внешние форматы и зарегистрировать эти функции в реестре;
заменить функцию I_CryptGetDefaultCryptProvider в библиотеке crypt32.dll
Только после выполнения этих действий провайдер нормально интегрируется в систему и вы сможете, например, генерировать сертификаты при помощи вашего провайдера на основе стандартного компонента ОС Windows Server - Сertification services или на тестовом УЦ КриптоПро.
Корректно будет отображаться статус проверки подписи у сертификатов, подписанных вашим "нестандартным" алгоритмом и т.п.
Далее подробно рассмотрим каждый из упомянутых выше шагов, предполагая при этом, что библиотека с Вашим CSP уже имеется и корректно работают все функции провайдера.
Регистрация криптопровайдера и алгоритмов в системе
Когда у вас уже есть готовая библиотека с реализацией функций CSP, необходимо зарегистрировать ее в системе, для того чтобы новый криптопровайдер стал доступен различным приложениям.
Процесс регистрации самого CSP подробно описан в MDSN, и повторять эту информацию здесь смысла нет. Все это подробно описано в [1]. Также здесь мы не будем останавливаться на проблеме подписи нового CSP в Microsoft и путях ее обхода. Эта проблема уже многократно обсуждалась на различных форумах, например смотрите [3]. Гораздо интереснее рассмотреть регистрацию криптографических алгоритмов. Каждый алгоритм имеет свой уникальный ASN.1 идентификатор Оbject Identifier - OID. Например, алгоритм подписи ГОСТ-34.10-2001 имеет такой OID (представленный в виде строки) - "1.2.643.2.2.3". Идентификатор каждого поддерживаемого вашим CSP алгоритма следует занести в реестр. Помимо OID у каждого криптоалгоритма в Windows существует еще идентификатор в виде четырехбайтового числа - AlgID, по которому алгоритмы идентифицируются в провайдере. Этот идентификатор заносится в CSP и его можно узнать, перечислив алгоритмы посредством вызова CPGetProvParam. В КриптоПро, например, для алгоритма хеширования ГОСТ-34.11-94 AlgID используется значение 0x801e.
Пусть нам необходимо зарегистрировать алгоритм подписи ГОСТ-34.10-2001. Тогда в реестре необходимо прописать следующие идентификаторы:
"1.2.643.2.2. 9!1" - Хэш ГОСТ-34.11-94
"1.2.643.2.2.19!3" - Ключ подписи ГОСТ-34.10-2001
"1.2.643.2.2.3!4" - Подпись ГОСТ-34.10-2001 - Алгоритм Хэша + Алгоритм Ключа
Далее приведен пример кода регистрации OID алгоритма ГОСТ-34.11-94
// Регистрация GOST-3411-94 HASH OID //
CRYPT_OID_INFO oidInfo; int rc = 0;
memset(&oidInfo, 0, sizeof(CRYPT_OID_INFO)); oidInfo.cbSize = sizeof(CRYPT_OID_INFO);
oidInfo.pszOID="1.2.643.2.2.9"; oidInfo.pwszName= L"GOST-3411-94 HASH"; oidInfo.dwGroupId = CRYPT_HASH_ALG_OID_GROUP_ID; oidInfo.Algid = 0x801e; oidInfo.ExtraInfo.cbData=0; oidInfo.ExtraInfo.pbData=0;
rc = CryptRegisterOIDInfo( &oidInfo, 0 ); if(rc) printf("\nHash algorithm registered"); else printf("\nError registering hash algorithm");
Аналогично регистрируются и остальные алгоритмы. Подробную информацию о структуре CRYPT_OID_INFO можно найти в MSDN. Для того, чтобы провайдер вызывался для проверки сертификата, подписанного нашим "нестандартным" алгоритмом, необходимо еще одно дополнительное действие.
Дело в том, что Windows определяет, какой провайдер использовать для проверки по полю ExtraInfo (см. ссылку в предыдущем абзаце для описания этого поля) в ключе реестра, соответствующем алгоритму подписи - такой ключ мы создаем, вызывая функцию CryptRegisterOIDInfo. Поэтому надо указать системе наш провайдер в качестве провайдера по умолчанию для типа, который занесен в ExtraInfo алгоритма подписи.
Следующий код устанавливает провайдер по умолчанию для определенного типа.
#define YOUR_PROV_NAME "MY_PROV" #define YOUR_PROV_TYPE 75 rc = CryptSetProvider( YOUR_PROV_NAME, YOUR_PROV_TYPE );Сценарии применения нашего CSP
Рассмотрим здесь два сценария применения CSP.
Первый сценарий - проверка подписи сертификата. Для проверки подписи система загружает открытый ключ из сертификата, которым подписан проверяемый. Затем по OID алгоритма подписи проверяемого сертификата, так как описано в предыдущем разделе статьи, определяется требуемый провайдер. Чтобы проверить подпись, нужно импортировать открытый ключ в CSP и можно было бы подумать, что Windows сразу вызывает функцию нашего провайдера CPImportKey. Но не тут-то было!
Второй сценарий - генерация ключевой пары и отправка запроса на сертификат на Удостоверяющий Центр. Windows загружает наш CSP, генерирует ключевую пару и экспортирует к себе наверх открытый ключ, вызывая функцию CPExportKey. Все хорошо. Вроде бы надо взять и поместить полученный буфер с ключом в PKCS#10 запрос, который затем будет отправлен на УЦ. И тут все опять не совсем так.
Рисунок 2. Создание сертификата при помощи веб-интерфейса
Оказывается, существуют промежуточные функции для экспорта/импорта открытых ключей, и без их реализации ничего хорошего с нашим CSP, в упомянутых выше двух сценариях, не получится. Беда еще и в том, что функции эти недокументированные и найти информацию по ним крайне сложно. Их описанию посвящен следующий раздел.
Функции конвертирования ключей
Архитектура круговорота открытых ключей для "нестандартных" алгоритмов в Windows представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Архитектура круговорота открытых ключей для "нестандартных" алгоритмов
Функция A_ConvertPublicKeyInfo - на входе принимает ключ в формате ASN.1 DER и должна преобразовать его в формат, который "понимает" функция CSP CPImportKey
Функция A_EncodePublicKeyInfoAndParameters на входе принимает ключ в том формате,
в котором ключ экспортирует CPExportKey. На выходе A_EncodePublicKeyInfoAndParameters должна сформировать ASN.1 DER структуру с ключом - ту же самую, которая в случае импорта передается в A_ConvertPublicKeyInfo - на вход. Надеюсь, вы не запутались во всех этих входах и выходах.
Вот сигнатуры и краткие описания параметров этих функций:
BOOL WINAPI A_ConvertPublicKeyInfo( DWORD dwCertEncodingType, // IN - VOID *EncodedKeyInfo, // IN - буфер с ключом - указатель // на структуру CERT_PUBLIC_KEY_INFO DWORD dwAlg, // IN - AlgId ключа DWORD dwFlags, // IN - обычно 0 BYTE **ppStructInfo, // OUT - двойной указатель на структуру // в заголовке структуры идет сначала PUBLICKEYSTRUC, затем DSSPUBKEY, // а затем сам ключ с параметрами DWORD *StructLen // OUT - длина структуры ); BOOL WINAPI A_EncodePublicKeyAndParameters( DWORD dwCertEncodingType, // IN LPCSTR lpszStructType, // IN - OID алгоритма const void* pvStructInfo, // IN - такая же структура как // на выходе ConvertPublicKeyInfo DWORD nStructLen, // IN - длина входной структуры DWORD dwFlags, // IN - обычно 0 DWORD Unk, // ? - неизвестно BYTE **pbPubKey, // OUT - открытый ключ в ASN.1 DER DWORD* pcPubKeyLen, // OUT - длина открытого ключа BYTE **pbParams, // OUT - параметры открытого ключа DWORD* pcParamsLen // OUT - длина параметров );Форматы ключей зависят от криптопровайдера и используемых алгоритмов.
Функция I_CryptGetDefaultCryptProvider из crypt32.dll
По непонятной для меня причине Windows часто не пытается искать нужный криптопровайдер по идентификатору алгоритма, с которым требуется работать. В таких случаях она просто вызывает недокументированную функцию I_CryptGetDefaultCryptProvider, и если тот провайдер, который вернула эта функция, не умеет работать с данным алгоритмом, то процесс завершается с ошибкой. Так происходит, например, при разборе в Internet Explorer PKCS#7 ответа в сценарии с запросом сертификата на тестовом УЦ.
HCRYPTPROV WINAPI I_CryptGetDefaultCryptProv(ALG_ID algid);
Необходимо заменить эту функцию таким образом, чтобы при нулевом параметре algid на входе она возвращала наш провайдер, который уже в отличие от штатного провайдера легко справится с "нестандартными алгоритмами".
Обсуждение способов замены функций в системной dll выходит далеко за рамки данной статьи. Могу лишь, как один из способов решения, предложить библиотеку Microsoft Detours.
Привязка закрытого ключа к сертификату
В отличие от открытого ключа, закрытые ключи никогда не покидают криптопровайдер и поэтому, когда вы видите, что для данного сертификата есть закрытый ключ (как на рисунке), это значит, что в контексте этого сертификата существует явная ссылка на закрытый ключ.
Контекст сертификата - это набор дополнительных атрибутов сертификата, которые находятся не в теле сертификата, а хранятся отдельно от него. Одним из таких атрибутов и является ссылка на закрытый ключ, которая состоит из имени провайдера и имени ключевого контейнера.
Пример кода для привязки закрытого ключа к сертификату:
PCCERT_CONTEXT pCert; CRYPT_KEY_PROV_INFO prov_info; … prov_info.cProvParam = 0; prov_info.rgProvParam = 0; prov_info.dwFlags = 0; prov_info.dwKeySpec = AT_SIGNATURE; prov_info.dwProvType = 0; prov_info.pwszContainerName = L"key-kont-name"; prov_info.pwszProvName = L"A-CSP"; CertSetCertificateContextProperty( pCert, CERT_KEY_PROV_INFO_PROP_ID, 0, &prov_info );
Успехов в разработке криптопровайдера!