如何将 ECDSA DER 编码的签名数据转换为 Microsoft CNG 支持的格式？

Question

我正在准备一个微型驱动程序来使用 Microsoft CNG 的 NCryptSignHash 功能执行智能卡登录。

当我在智能卡中使用 SECP521R1 EC 密钥执行签名时，它会生成长度为 139 的签名数据作为 ECC 签名数据格式：

ECDSASignature ::= SEQUENCE {
    r   INTEGER,
    s   INTEGER
}

样本签名数据是

308188024201A2001E9C0151C55BCA188F201020A84180B339E61EDE61F6EAD0B277321CAB81C87DAFC2AC65D542D0D0B01C3C5E25E9209C47CFDDFD5BBCAFA0D2AF2E7FD86701024200C103E534BD1378D8B6F5652FB058F7D5045615DCD940462ED0F923073076EF581210D0DD95BF2891358F5F743DB2EC009A0608CEFAA9A40AF41718881D0A26A7F4

但是当我使用 MS_KEY_STORAGE_PROVIDER 执行 Sign 时，它会生成一个长度为 132 字节的符号。

将符号数据大小从 139 减少到 132 的过程是什么？

Answer 1

What is the procedure to reduce the sign data size from 139 to 132?

您有一个 ASN.1 编码签名（如下所示）。它被 Java、OpenSSL 和其他一些库使用。您需要 P1363 格式的签名，它是 r || s 的串联，没有 ASN.1 编码。 P1363 由 Crypto++ 和一些其他库使用。（还有一种常见的签名格式，那就是OpenPGP）。

对于 r || s 的串联，r 和 s 都必须是 66 字节，因为八位字节边界上的 secp-521r1 字段元素大小。这意味着程序是，你必须剥离外部 SEQUENCE，然后剥离两个 INTEGER，然后连接两个整数的值。

您使用示例数据格式化的 r || s 签名将是：

01 A2 00 1E ... 7F D8 67 01 || 00 C1 03 E5 ... 0A 26 A7 F4

Microsoft .Net 2.0 具有 ASN.1 类，可让您操作 ASN.1 编码数据。参见 AsnEncodedData class。

$ echo 08188024201A2001E9C0151C55BCA188F201020A84180B339E61EDE61F6EAD0B277321CAB
81C87DAFC2AC65D542D0D0B01C3C5E25E9209C47CFDDFD5BBCAFA0D2AF2E7FD86701024200C103E5
34BD1378D8B6F5652FB058F7D5045615DCD940462ED0F923073076EF581210D0DD95BF2891358F5F
743DB2EC009A0608CEFAA9A40AF41718881D0A26A7F4 | xxd -r -p > signature.bin

$ dumpasn1 signature.bin
  0 136: SEQUENCE {
  3  66:   INTEGER
       :     01 A2 00 1E 9C 01 51 C5 5B CA 18 8F 20 10 20 A8
       :     41 80 B3 39 E6 1E DE 61 F6 EA D0 B2 77 32 1C AB
       :     81 C8 7D AF C2 AC 65 D5 42 D0 D0 B0 1C 3C 5E 25
       :     E9 20 9C 47 CF DD FD 5B BC AF A0 D2 AF 2E 7F D8
       :     67 01
 71  66:   INTEGER
       :     00 C1 03 E5 34 BD 13 78 D8 B6 F5 65 2F B0 58 F7
       :     D5 04 56 15 DC D9 40 46 2E D0 F9 23 07 30 76 EF
       :     58 12 10 D0 DD 95 BF 28 91 35 8F 5F 74 3D B2 EC
       :     00 9A 06 08 CE FA A9 A4 0A F4 17 18 88 1D 0A 26
       :     A7 F4
       :   }

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另一个值得注意的项目是，.Net 使用 RFC 3275, XML-Signature Syntax and Processing 中详述的 XML 格式。它与 ASN.1、P1363、OpenPGP、CNG 和其他库的格式不同。

ASN.1 到 P1363 的转换相当简单。您可以在 .

查看使用 Crypto++ 库的示例

您可能会发现代码项目中的 Cryptographic Interoperability: Digital Signatures 很有帮助。

Answer 2

您输入的是 X9.62 签名格式，它是一个包含两个 ASN.1 / DER 编码签名的 SEQUENCE。这些整数是可变大小的、有符号的、大端数。它们以最少的字节数编码。这意味着编码的大小可以变化。

139 字节很常见，因为它假定了 r 和 s 编码的最大大小。这些值是使用 modular 算法计算的，因此它们可以包含任意数量的位数，最多为 n 顺序的位数，这与密钥大小相同， 521 位。

这 132 个字节由 ISO/IEC 7816-8 / IEEE P1363 指定，这是处理智能卡签名的标准。签名由 r 和 s 的串联组成，其中 r 和 s 被编码为显示与订单相同大小的值的最小字节数, 以字节为单位。 r 和 s 是静态大小的、无符号的大端数字。

计算r或s的字节数是ceil((double) n / 8)或(n + 8 - 1) / 8，其中8是一个字节的位数。因此，如果椭圆曲线为 521 位，则结果大小为 66 字节，因此它们总共消耗 132 字节。

现在开始解码。有多种处理方法：执行完整的 ASN.1 解析，获取整数，然后以 ISO 7816-8 形式再次将它们编码回来是最合乎逻辑的方法。

但是，您还可以看到，您可以简单地将字节复制为 r 和 s 将始终为非负数（因此无符号）和大端。所以你只需要补偿尺寸。否则唯一困难的部分是能够解码 X9.62 结构中组件的长度。

警告：代码使用 C# 而不是 C++，正如我所期望的主要 .NET 语言；我写答案的主要部分时没有指出问题的语言。

class ConvertECDSASignature
{
    private static int BYTE_SIZE_BITS = 8;
    private static byte ASN1_SEQUENCE = 0x30;
    private static byte ASN1_INTEGER = 0x02;

    public static byte[] lightweightConvertSignatureFromX9_62ToISO7816_8(int orderInBits, byte[] x9_62)
    {
        int offset = 0;
        if (x9_62[offset++] != ASN1_SEQUENCE)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Input is not a SEQUENCE");
        }

        int sequenceSize = parseLength(x9_62, offset, out offset);
        int sequenceValueOffset = offset;

        int nBytes = (orderInBits + BYTE_SIZE_BITS - 1) / BYTE_SIZE_BITS;
        byte[] iso7816_8 = new byte[2 * nBytes];

        // retrieve and copy r

        if (x9_62[offset++] != ASN1_INTEGER)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Input is not an INTEGER");
        }

        int rSize = parseLength(x9_62, offset, out offset);
        copyToStatic(x9_62, offset, rSize, iso7816_8, 0, nBytes);

        offset += rSize;

        // --- retrieve and copy s

        if (x9_62[offset++] != ASN1_INTEGER)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Input is not an INTEGER");
        }

        int sSize = parseLength(x9_62, offset, out offset);
        copyToStatic(x9_62, offset, sSize, iso7816_8, nBytes, nBytes);

        offset += sSize;

        if (offset != sequenceValueOffset + sequenceSize)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("SEQUENCE is either too small or too large for the encoding of r and s"); 
        }

        return iso7816_8;
    }

    /**
     * Copies an variable sized, signed, big endian number to an array as static sized, unsigned, big endian number.
     * Assumes that the iso7816_8 buffer is zeroized from the iso7816_8Offset for nBytes.
     */
    private static void copyToStatic(byte[] sint, int sintOffset, int sintSize, byte[] iso7816_8, int iso7816_8Offset, int nBytes)
    {
        // if the integer starts with zero, then skip it
        if (sint[sintOffset] == 0x00)
        {
            sintOffset++;
            sintSize--;
        }

        // after skipping the zero byte then the integer must fit
        if (sintSize > nBytes)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Number format of r or s too large");
        }

        // copy it into the right place
        Array.Copy(sint, sintOffset, iso7816_8, iso7816_8Offset + nBytes - sintSize, sintSize);
    }

    /*
     * Standalone BER decoding of length value, up to 2^31 -1.
     */
    private static int parseLength(byte[] input, int startOffset, out int offset)
    {
        offset = startOffset;
        byte l1 = input[offset++];
        // --- return value of single byte length encoding
        if (l1 < 0x80)
        {
            return l1;
        }

        // otherwise the first byte of the length specifies the number of encoding bytes that follows
        int end = offset + l1 & 0x7F;

        uint result = 0;

        // --- skip leftmost zero bytes (for BER)
        while (offset < end)
        {
            if (input[offset] != 0x00)
            {
                break;
            }
            offset++;
        }

        // --- test against maximum value
        if (end - offset > sizeof(uint))
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Length of TLV is too large");
        }

        // --- parse multi byte length encoding
        while (offset < end)
        {
            result = (result << BYTE_SIZE_BITS) ^ input[offset++];
        }

        // --- make sure that the uint isn't larger than an int can handle
        if (result > Int32.MaxValue)
        {
            throw new IllegalSignatureFormatException("Length of TLV is too large");
        }

        // --- return multi byte length encoding
        return (int) result;
    }
}

请注意，代码有点宽松，因为它不需要最小长度编码用于 SEQUENCE 和 INTEGER 长度编码（它应该）。

它还允许错误编码的 INTEGER 值，这些值被不必要地用零字节左填充。

这些问题都不应破坏算法的安全性，但其他库可能而且应该不那么宽松。

如何将 ECDSA DER 编码的签名数据转换为 Microsoft CNG 支持的格式？

How to convert ECDSA DER encoded signature data to microsoft CNG supported format?

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