C# 和 PHP ECDH 不匹配

Question

我正在尝试在 Web 服务器运行 PHP 和 C# 桌面应用程序之间生成共享密钥。我知道 BouncyCastle 库，但我不想使用它，因为它非常庞大。

我正在使用 phpecc and ECDiffieHellmanCng 并尝试生成双方之间的共享密钥，但我在 C# 中遇到 exporting/importing 问题。

似乎 phpecc 需要 der/pem 格式才能导入密钥，ECDiffieHellmanCng 似乎没有任何简单的方法可以以兼容的格式导出。

我是否需要编写自己的 pem/der 编码器和解码器才能做到这一点，或者是否有其他更简单的方法？

目前我正在用 C# 执行以下操作：

using (var ecdh = new ECDiffieHellmanCng())
        {
            ecdh.HashAlgorithm = CngAlgorithm.ECDiffieHellmanP384;
            ecdh.KeyDerivationFunction = ECDiffieHellmanKeyDerivationFunction.Hash;

            var encoded = EncodePem(ecdh.PublicKey.ToByteArray()); 
            //... do something with encoded
        }

private static string EncodePem(byte[] data)
    {
        var pemDat = new StringBuilder();
        var chunk = new char[64];

        pemDat.AppendLine("-----BEGIN PUBLIC KEY-----");

        var encodedData = Convert.ToBase64String(data);
        for (var i = 0; i < encodedData.Length; i += chunk.Length)
        {
            var index = 0;
            while (index != chunk.Length && i + index < encodedData.Length)
            {
                chunk[index] = encodedData[i + index];
                index++;
            }
            pemDat.AppendLine(new string(chunk));
        }

        pemDat.AppendLine("-----END PUBLIC KEY-----");
        return pemDat.ToString();
    }

显然上面只进行了 pem 编码，所以在 php 方面它 returns 试图解析它时出错：

Type: Runtime

Exception Message: Invalid data.

File: /.../vendor/mdanter/ecc/src/Serializer/PublicKey/Der/Parser.php

Line: 49

Answer 1

.NET Core 1.0 和 .NET Framework 4.7 have the ECParameters struct to import/export keys. The ToByteArray() method you called is producing a CNG EccPublicBlob 与 SEC-1 ECParameters 格式关系不大。

我假设您想使用 secp384r1/NIST P-384，即使您将其指定为哈希算法。如果你想要一些其他的曲线，你需要做一些翻译。

(.NET) ECParameters 结构只会帮助您入门。将其转换为文件需要将其转换为 PEM 编码的 DER 编码的基于 ASN.1 的结构。（但是如果你坚持使用 NIST P-256/384/521，你可以使用你当前拥有的 byte[] 来完成）

在SEC 1 v2.0中我们得到以下结构：

SubjectPublicKeyInfo ::= SEQUENCE {
  algorithm AlgorithmIdentifier {{ECPKAlgorithms}} (WITH COMPONENTS {algorithm, parameters}),
  subjectPublicKey BIT STRING
}

ECPKAlgorithms ALGORITHM ::= {
  ecPublicKeyType |
  ecPublicKeyTypeRestricted |
  ecPublicKeyTypeSupplemented |
  {OID ecdh PARMS ECDomainParameters {{SECGCurveNames}}} |
  {OID ecmqv PARMS ECDomainParameters {{SECGCurveNames}}},
  ...
}

ecPublicKeyType ALGORITHM ::= {
  OID id-ecPublicKey PARMS ECDomainParameters {{SECGCurveNames}}
}

ECDomainParameters{ECDOMAIN:IOSet} ::= CHOICE {
  specified SpecifiedECDomain,
  named ECDOMAIN.&id({IOSet}),
  implicitCA NULL
}

An elliptic curve point itself is represented by the following type
  ECPoint ::= OCTET STRING
whose value is the octet string obtained from the conversion routines given in Section 2.3.3.

将其分解为相关部分，您需要编写

SEQUENCE (SubjectPublicKeyInfo)
  SEQUENCE (AlgorithmIdentifier)
    OBJECT IDENTIFIER id-ecPublicKey
    OBJECT IDENTIFIER secp384r1 (or whatever named curve you're using)
  BIT STRING
    public key encoded as ECPoint

如果您不更改曲线，AlgorithmIdentifier 包含固定的数据：

SEQUENCE (AlgorithmIdentifier)
30 xx [yy [zz]]
   OBJECT IDENTIFIER id-ecPublicKey (1.2.840.10045.2.1)
   06 07 2A 86 48 CE 3D 02 01
   OBJECT IDENTIFIER secp384r1 (1.3.132.0.34)
   06 05 2B 81 04 00 22

我们现在可以计算有效载荷中有多少字节：16（0x10），所以我们填写长度：

30 10 06 07  2A 86 48 CE   3D 02 01 06  05 2B 81 04
00 22

大家理解的public键编码就是"uncompressed point"，也就是

04 th eb yt es of x. th eb yt es of y.

事实证明，对于给定的曲线，它也具有固定大小，因此与大多数 DER 编码的东西不同，您可以一次性完成此操作 :)。对于 secp384r1，x 和 y 坐标均为 384 位值，或 (384 + 7)/8 == 48 字节，因此 ECPoint 为 48 + 48 + 1 == 97 (0x61) 字节。然后它需要被包裹在一个 BIT STRING 中，它添加了一个有效载荷字节以及长度和标签。所以，我们得到：

private static byte[] s_secp384r1PublicPrefix = {
    // SEQUENCE (SubjectPublicKeyInfo, 0x76 bytes)
    0x30, 0x76,
    // SEQUENCE (AlgorithmIdentifier, 0x10 bytes)
    0x30, 0x10,
    // OBJECT IDENTIFIER (id-ecPublicKey)
    0x06, 0x07, 0x2A, 0x86, 0x48, 0xCE, 0x3D, 0x02, 0x01,
    // OBJECT IDENTIFIER (secp384r1)
    0x06, 0x05, 0x2B, 0x81, 0x04, 0x00, 0x22,
    // BIT STRING, 0x61 content bytes, 0 unused bits.
    0x03, 0x62, 0x00,
    // Uncompressed EC point
    0x04,
}

...

using (ECDiffieHellman ecdh = ECDiffieHellman.Create())
{
    ecdh.KeySize = 384;

    byte[] prefix = s_secp384r1PublicPrefix;
    byte[] derPublicKey = new byte[120];
    Buffer.BlockCopy(prefix, 0, derPublicKey, 0, prefix.Length);

    byte[] cngBlob = ecdh.PublicKey.ToByteArray();
    Debug.Assert(cngBlob.Length == 104);

    Buffer.BlockCopy(cngBlob, 8, derPublicKey, prefix.Length, cngBlob.Length - 8);

    // Now move it to PEM
    StringBuilder builder = new StringBuilder();
    builder.AppendLine("-----BEGIN PUBLIC KEY-----");
    builder.AppendLine(
        Convert.ToBase64String(derPublicKey, Base64FormattingOptions.InsertLineBreaks));
    builder.AppendLine("-----END PUBLIC KEY-----");

    Console.WriteLine(builder.ToString());
}

运行我从中得到的输出到 OpenSSL:

$ openssl ec -pubin -text -noout
read EC key
(paste)
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MHYwEAYHKoZIzj0CAQYFK4EEACIDYgAEwpbxYmcsNvr14D8k+0VQCkSY4WCV/3V10AiIq7sFdmUX
9+0DMuuLDmcKjL1ZFEFk0yHCPpY+pdkYtzPwE+dsApCPT3Ljk0AxHQBTSo4yjwsElMoA4Mtp8Qdo
LZD1Nx6v
-----END PUBLIC KEY-----
Private-Key: (384 bit)
pub:
    04:c2:96:f1:62:67:2c:36:fa:f5:e0:3f:24:fb:45:
    50:0a:44:98:e1:60:95:ff:75:75:d0:08:88:ab:bb:
    05:76:65:17:f7:ed:03:32:eb:8b:0e:67:0a:8c:bd:
    59:14:41:64:d3:21:c2:3e:96:3e:a5:d9:18:b7:33:
    f0:13:e7:6c:02:90:8f:4f:72:e3:93:40:31:1d:00:
    53:4a:8e:32:8f:0b:04:94:ca:00:e0:cb:69:f1:07:
    68:2d:90:f5:37:1e:af
ASN1 OID: secp384r1
NIST CURVE: P-384

C# 和 PHP ECDH 不匹配

C# and PHP ECDH not matching

c#

php

diffie-hellman