CryptoAPI编程

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-09-30 12:47 213阅读 0赞

这里介绍一些CryptoAPI的知识，也是让自己对CryptoAPI做一个系统的总结（针对证书操作这块）。

（1） 微软加密服务体系

微软加密服务体系CryptoAPI的结构如下图所示，微软加密服务体系包含三层结构和两个接口，分别为应用程序层、操作系统层（OS）、加密服务提供者层(Cryptographic Service Provider,CSP)，CryptoAPI接口和加密服务提供者接口(Cryptographic Service Provider Interface,CSPF)，

（2）CryptoAPI体系结构

CryptoAPI体系架构共由五大主要部分组成：基本加密函数、证书编/解码函数、证书库管理函数、简单消息函数、底层消息函数。体系结构如下图所系：

*  基本加密函数：用于选择CSP、建立CSP连接、产生密钥、交换及传输密钥等操作。
 *  证书编/解码函数：用于数据加密、解密、哈希等操作。这类函数支持数据的加密/解密操作；计算哈希、创建和校验数字签名操作；实现证书、证书撤销列表、证书请求和证书扩展等编码和解码操作。
 *  证书库管理函数：用于数字证书及证书库管理等操作。这组函数用于管理证书、证书撤销列表和证书信任列表的使用、存储、获取等。
 *  简单消息函数：用于消息处理，比如消息编码/解码、消息加/解密、数字签名及签名验证等操作。它是把多个底层消息函数包装在一起以完成某个特定任务，方便用户的使用。
 *  底层消息函数：底层消息函数对传输的PKCS\#7数据进行编码，对接受到的PKCS\#7数据进行解码，并且对接收到的消息进行解码和验证。它可以实现简单消息函数可以实现的所有功能，且提供更大的灵活性，但一般会需要更多的函数调用。

(3)CryptoAPI基本功能

利用CryptoAPI,开发者可以给基于Windows的应用程序添加安全服务，包括：ASN.1编码/解码、数据加密/解密、身份认证、数字证书管理，同时支持PKI、对称密码技术等。

*  密钥管理

在CryptoAPI中，支持两种类型的密钥：会话密钥、公/私密钥对。会话密钥也成为对称密钥，用于对称加密算法。为了保证密钥的安全性，在CryptoAPI中，这些密钥都保存在CSP内部，用户可以通过CryptExpoetKey以加密密钥快形式导出。公/私钥对用于非对称加密算法。非对称加密算法主要用于加解密会话密钥和数字签名。在CryptoAPI中，一般来说，大多数CSP产生的密钥容器包含两对密钥对，一对用于加密会话密钥，称为交换密钥对，一对用于产生数字签名，称为签名密钥对。在CryptoAPI中，所有的密钥都存储在CSP中，CSP负责密钥的创建，销毁，导入导出等操作。

*  数据编码/解码

CryptoAPI采用的编码方式为ASN.1，编码规则为DER，表示发送方发送数据时先把数据抽象为ASN.1对象，然后使用DER编码规则把ASN.1对象转化为可传输的0、1串；接受方接受到数据后，利用DER解码规则把0、1串转化为ASN.1对象，然后把ASN.1对象转化为具体应用支持的数据对象。

*  数据加/解密

在CryptoAPI中约定加密较大的数据块时，采用对称加密算法。通过其封装好的加解密函数来实现数据解加密操作。

*  哈希与数字签名

哈希与数字签名一般用于数据的完整性验证和身份鉴别。CryptoAPI中，通过其封装好的哈希与数字签名函数来实现相关操作。微软公司提供的CSP产生的数字签名遵循RSA标准（PKCS\#6）.

*  数字证书管理

数字证书主要用于安全通信中的身份鉴别。CryptoAPI中，对数字证书的使用管理函数分为证书与证书库函数、证书验证函数两大部分。

在VC++中开发CryptoAPI应用程序，需要预先设置一些编译环境。

1.需要包含以下头文件：

\#include <windows.h>

\#include <wincrypt.h>

2.包含的静态链接库：

链接CryptoAPI函数必须有静态库Crypto32.lib的支持，部分CryptoAPI函数可能还需要静态库advapi32.lib及CryptUI.lib的支持。

3.假如在VC++6.0上编译程序，则还需加上以下语句：

\#ifndef \_WIN32\_WINNT

\#define \_WIN32\_WINNT 0x0400

\#endif

在不同的版本的windows操作系统下，可能需要定义不同的常量，具体查看wincrypt.h头文件，根据wincrypt.h上不同的预编译语句在自己的应用程序中进行不同定义。（我在VS 2008环境中编译程序，不在需要自定义这部分）。在vs2008的wincrypt.h头文件已经没有这些相关的定义。）

注：部分的CryptoAPI函数在VC++6.0上并没有定义，如CertGetNameString函数为CryptoAPI的证书管理函数，但是在VC++6.0下编译时会报错，查看相应的wincryp.h文件时会发现里面没有声明该函数。但在VC++7.0以上的版本中则定义了这个函数。解决方法是可以将VC++7.0上的wincrypt.h、crypt32.lib、advapi32.lib三个文件覆盖vc+6.0的相应文件。

以下介绍几个编写CryptoAPI应用程序常用到得函数。

1.BOOLEAN CRYPTFUNC CryptAcquireContext(  
HCRYPTPROV\* *[phProv][]*, CSP句柄  
LPCTSTR *[pszContainer][phProv]*, 密钥容器名称，指向密钥容器的字符串指针  
LPCTSTR *[pszProvider][phProv]*, 指向CSP名称的字符串指针，如果为NULL，则使用默认的CSP  
DWORD *[dwProvType][phProv]*, CSP类型  
DWORD *[dwFlags][phProv] 标志*  
);

这个函数是为了获得CSP句柄，函数通过phProv参数返回获得的CSP句柄。在CryptoAPI加密服务相关的所有操作都在CSP实现，CSP真正实行加密相关服务的独立模块，当应用程序需要加密相关服务时，比如：加解密操作、密钥产生于管理等，必须先获取某个CSP句柄。这时一般CryptoAPI编程的第一步。

2.BOOL CRYPTFUNC CryptGenKey(  
HCRYPTPROV *[hProv][phProv]*, //CSP句柄  
ALG\_ID *[Algid][phProv]*, //算法标志ID值。创建会话密钥时，它指定具体的加解密算法。指定算法时应注意具体的

// CSP是否支持此算法。创建公/私密钥对时，参数应为AT\_KEYEXCHANGE(交换密钥对)

//或AT\_SIGNATURE(签名密钥对）。  
DWORD *[dwFlags][phProv]*, //说明创建密钥的长度及其它属性。  
HCRYPTKEY\* *[phKey][phProv] //新创建密钥句柄，函数通过这个参数返回创建密钥句柄。*  
);

在CryptoAPI中，构造密钥一般有两种方法，一通过哈希值，而通过随机数构造。上面这种就是通过随机数创建的。下面介绍利用哈希值创建的函数。

BOOL CRYPTFUNC CryptDeriveKey(  
HCRYPTPROV *[hProv][phProv]*,  
ALG\_ID *[Algid][phProv]*, //要产生密钥的对称加密算法  
HCRYPTHASH *[hBaseData][phProv]*, //哈希句柄，函数根据这个哈希句柄创建密钥。  
DWORD *[dwFlags][phProv]*, //指定密钥的类型。  
HCRYPTKEY\* *[phKey][phProv] //密钥句柄，函数通过这个参数返回创建的密钥句柄。*  
);

这个函数通过输入的哈希值hBaseData来创建一个密钥，通过密钥句柄phKey参数返回。注意：这个函数只能创建会话密钥，不能用于创建公/私密钥对。

3.BOOL CRYPTFUNC CryptCreateHash(  
HCRYPTPROV *[hProv][phProv]*, //CSP句柄  
ALG\_ID *[Algid][phProv]*, //哈希算法标识符  
HCRYPTKEY *[hKey][phProv]*, // 如果哈希算法是密钥哈希，如HMACH或者MAC算法，就用此密钥句柄传递密钥。

//对于非密钥算法，此参数为NULL。  
DWORD *[dwFlags][phProv]*, //保留，必须为0  
HCRYPTHASH\* *[phHash][phProv] //哈希句柄，函数通过这个参数返回创建的哈希对象句柄。*  
);

这个函数初始化一个哈希句柄，它创建并返回一个CSP哈希句柄。

4.BOOL WINAPI CryptHashData(  
HCRYPTHASH *[hHash][phProv]*, //哈希句柄，创建的哈希值通过这个句柄返回  
BYTE\* *[pbData][phProv]*, //指向要加入到哈希句柄的数据指针  
DWORD *[dwDataLen][phProv]*, // 数据长度  
DWORD *[dwFlags][phProv] //标志*  
);

这个函数是计算一段数据的哈希值并加入到指定的哈希句柄中。在使用这个函数前必须通过CrpytHashData函数创建了一个哈希句柄。

5.BOOL WINAPI CryptEncodeObject(  
\_\_in DWORD *[dwCertEncodingType][phProv]*, //使用的编码类型。通常为 X509\_ASN\_ENCODING |

//PKCS\_7\_ASN\_ENCODING  
\_\_in LPCSTR *[lpszStructType][phProv]*, //要编码的结构体类型  
\_\_in const void\* *[pvStructInfo][phProv]*, //欲编码的结构体指针，要和lpszStructType类型一致  
\_\_out BYTE\* *[pbEncoded][phProv]*, //编码后结构体指针，当设置为NULL时用于获取其长度  
\_\_in\_out DWORD\* *[pcbEncoded][phProv] //编码后的结构体长度*  
);

这个函数用于将pvStructInfo所指向的数据按照lpszStructType结构体类型编码。

6.BOOL WINAPI CryptDecodeObject(  
\_\_in DWORD *[dwCertEncodingType][phProv]*,  
\_\_in LPCSTR *[lpszStructType][phProv]*,  
\_\_in const BYTE\* *[pbEncoded][phProv]*,  
\_\_in DWORD *[cbEncoded][phProv]*,  
\_\_in DWORD *[dwFlags][phProv]*,  
\_\_out void\* *[pvStructInfo][phProv]*,  
\_\_in\_out DWORD\* *[pcbStructInfo][phProv]*  
);  
这个函数是对上面编码后的数据进行解码，参数和上面编码函数的参数差不多，具体可以查看MSDN帮助文档。

1.CERT\_RDN\_ATTR 结构体

typedef struct _CERT_RDN_ATTR {
         
      LPSTR pszObjId;
      DWORD dwValueType;
      CERT_RDN_VALUE_BLOB Value;
    } CERT_RDN_ATTR, 
     *PCERT_RDN_ATTR;

pszObjId:对象标识符，用于标识证书属性，具体可以查看MSDN中的解析，也可以查看wincrypt.h文件查看相应的定义。譬如szOID_STATE_OR_PROVINCE_NAME，表示省名。
    dwValueType:对成员Value的解析，取值查看MSDN，当主要是初始化证书属性时，Value的值主要是一些字符串时，该值可以为CERT_RDN_PRINTABLE_STRING，表示可以打印的字符串。

Value：一个结构体，在这里初始化证书属性。

typedef struct _CRYPTOAPI_BLOB {
         
      DWORD cbData;
      BYTE* pbData;
    } ，其中cbData表示大小，pbData指向一个内存空间。

2.CERT_RDN 结构体：The CERT_RDN structure contains a 
        
         relative distinguished name
         (RDN) consisting of an array of CERT_RDN_ATTR structures.

typedef struct _CERT_RDN {
         
      DWORD cRDNAttr;
      PCERT_RDN_ATTR rgRDNAttr;
    } CERT_RDN, 
     *PCERT_RDN;

参数：cRDNAttr:rgRDNAttr数组元素的个数；rgRDNAttr:指向CERT_RDN_ATTR结构元素的数组地址。

3.CERT_NAME_INFO 结构体：The CERT_NAME_INFO structure contains subject or issuer names.The information is represented as an array of CERT_RDN structures.

typedef struct _CERT_NAME_INFO {
         
      DWORD cRDN;
      PCERT_RDN rgRDN;
    } CERT_NAME_INFO, 
     *PCERT_NAME_INFO;

参数：同上差不多。

4.CERT_REQUEST_INFO 证书请求结构体：这个结构体包含证书请求的主体，主体公钥，属性块等信息，这些信息都是经过编码的。

typedef struct _CERT_REQUEST_INFO {
          
      DWORD dwVersion;
      CERT_NAME_BLOB Subject;
      CERT_PUBLIC_KEY_INFO SubjectPublicKeyInfo;
      DWORD cAttribute;
      PCRYPT_ATTRIBUTE rgAttribute;
    } CERT_REQUEST_INFO, 
     *PCERT_REQUEST_INFO; 
      
     参数：dwVersion:证书版本号，可以为CERT_V1等，根据属性扩展情况，符合不同版本证书；Subject:证书主题；SubjectPublicKeyInfo:证书主题中的公钥信息；cAttribute:rgAttribute数组元素个数，可以为0；rgAttribute:属性参数数组，可以为NULL；

以上信息都是要经过编码后的信息来填充的。

5.CryptSignAndEncodeCertificate函数，用来创建自签名证书

BOOL WINAPI CryptSignAndEncodeCertificate(
      __in          HCRYPTPROV_OR_NCRYPT_KEY_HANDLE hCryptProvOrNCryptKey,
      __in          DWORD dwKeySpec,
      __in          DWORD dwCertEncodingType,
      __in          LPCSTR lpszStructType,
      __in          const void* pvStructInfo,
      __in          PCRYPT_ALGORITHM_IDENTIFIER pSignatureAlgorithm,
      __in          const void* pvHashAuxInfo,
      __out         PBYTE pbEncoded,
      __in_out      DWORD* pcbEncoded
    );
    参数：1，CSP句柄；2，指明公钥是来自签名公钥还是交换公钥，可以为AT_KEYEXCHANGE或者AT_SIGNATURE之一；3，指明编码类型，可以为X509_ASN_ENCODING；4，结构体类型，和第5个参数配合起来使用，可以为X509_CERT_CRL_TO_BE_SIGNED或者X509_CERT_REQUEST_TO_BE_SIGNED或者X509_CERT_TO_BE_SIGNED或者X509_KEYGEN_REQUEST_TO_BE_SIGNED，意思可以查看MSDN。 
     6，签名算法结构体，指明签名算法，算法标识可以为szOID_RSA_MD5RSA 或者szOID_RSA_SHA1RSA 或者szOID_X957_SHA1DSA ；7，可以不用，设为NULL；8，签名后数据的长度，当设为NULL时，可以用来求数据的长度；9，用于存放数据的内存空间。

[phProv]: http://hi.baidu.com/fc/editor/