SKF密码设备研究

密码设备

mToken GM3000 国密身份认证锁是龙脉科技自主研发设计支持国密算法、完全遵照国家密码管理局颁布的《智能IC卡及智能密码钥匙密码应用接口规范》要求设计的USB Key，采用国产高性能智能卡芯片，内置SSF33、SM1、SM2、SM3、SM4等国产算法，支持高速数据国密算法加解密，提供CSP以及PKCS11和国密接口，完全符合国家密码管理局关于“密钥不落地”的技术规范要求，是电子政务、电子军务、CA厂商首选的USB Key产品。

适用范围：主要是用作基于公钥体系PKI的数字证书和私钥的安全载体。

使用目的：学习使用key导入数字证书等功能

SKF密码设备

SKF密码设备使用的是SKF接口，SKF接口是国密标准中智能密码钥匙的C语言应用开发接口标准，目前很多国内密码密码设备厂商都为其产品提供了SKF接口的开发包。开发者可以通过统一的SKF接口开发密码应用，访问来自不同设备供应商的USB-Key、TF卡、智能卡等不同形态的密码设备，而无需和某一个设备供应商的专属设备或专属接口绑定。

GmSSL项目从2.0版本开始，以Engine的方式增加了对SKF设备的完善支持。GmSSL通过在libcrypto密码库中引入SKF框架，实现了对不同厂商SKF设备的支持。通过将SKF接口封装为SKF Engine，使得上层应用和SSL库可以直接通过EVP接口动态调用不同SKF设备。

GmSSL通过ENGINE机制支持密码硬件。鉴于《智能IC卡及智能密码钥匙密码应用接口规范》标准中公布了访问国密硬件的C语言API (下面简称SKF API)，GmSSL通过ENGINE机制访问支持国密SKF API的国产密码硬件。一个SKF API设备中可以包含一个或多个应用(Application)，每个应用可以包含一个获多个容器(Container)，每个容器中可以存放两对分别用于加密和签名的密钥对，以及两个相应的证书或证书链。每一个容器只能为ECC或RSA一种类型，一个容器中不能混用ECC密钥和RSA密钥。

SKF密码设备管理

通过gmssl命令行工具的skf命令可以访问和管理SKF设备，通过gmssl的pkey、pkeyutl和req等命令及SKF引擎可以密码计算、公钥导出、证书生成等功能。我按照文章http://gmssl.org/docs/skf.html所介绍的方法，对mToken GM3000在Linux下进行管理，需要在Linux下先安装mToken GM3000的驱动程序。

dpkg -i LM-mPluginV4-V4.0.0.0.amd64.deb 命令用来安装插件

插件安装成功后，要想进行设备管理，需要获得由厂商提供的针对该类型设备的动态库，这个动态库通常随厂商的开发SDK提供，在Linux操作系统中以so为扩展名，在skf命令中，通过参数-lib指定厂商的SKF动态库。刚开始我并没有找到厂商提供的动态库，在网页中的命令如下：

$ ln -s /path/to/vendors/skf/libSKF.so ./libskf.so
$ gmssl skf -lib ./libskf.so -vendor wisec -listdevs
Device 0 : /media/guanzhi/99E1-9854
其中，-lib参数用来指定厂商的SKF动态库，在提供的中间件文件夹中mToken-GM3000中的skf\api\linux\x86，最后找到了该动态库名为libgm3000.1.0.so。所以对该动态库进行重命名，用./libskf.so命名。

查看skf的相关命令gmssl skf -help

后来发现可以使用skf命令查看设备信息等功能

gmssl skf -lib ./libskf.so -vendor wisec -listdevs

gmssl skf -lib ./libskf.so -dev $设备名称 -devinfo

进行应用管理的时候包含创建应用、枚举应用、删除应用。首先，我们可以通过-listapps指令枚举指定设备中的应用，普通用户在拿到设备时，可能已经有预先设备好的应用。

gmssl skf -lib ./libskf.so -dev $DEV -authkey $AUTHKEY -listapps
在文档中看到设备认证的流程：

gmssl skf -lib ./libskf.so -dev $DEV -authkey $AUTHKEY -listapps
使用命令查看设备的应用时，出现错误

秘钥容器管理
SKF设备中以密钥容器的方式管理私钥，一个应用中可以建立多个密钥容器，每个密钥容器中可以装载同类型的2对公私钥对，其中一个为签名密钥对，一个为加解密或密钥交换密钥对。签名密钥对只能在SKF设备内部生成而无法由外部导入，而加解密或密钥交换密钥只能从外部导入而无法在设备内部生成。在完成密钥生成或导入后，密钥对中只有公钥可以导出，私钥是无法导出的。密钥容器还支持证书的存储，一个密钥容器中可以存储两个证书或两条证书链，分别对应两个密钥对。

证书生成
用户秘钥及证书生成过程如下：

mkdir demoCA
cd demoCA
mkdir certs crl newcerts private
touch index.txt
od -vAn -N4 -tx1 < /dev/urandom |tr -d ’ ’ > serial
echo “good” >> testPage.txt
gmssl sm2 -genkey -out private/cakeyGM.pem

生成SM2自签证书作为根CA

gmssl req -new -x509 -key private/cakeyGM.pem -out cacertGM.crt

生成用户SM2密钥对

cd …
gmssl sm2 -genkey -out wzz.com.key

生成证书请求

gmssl req -new -key wzz.com.key -out wzz.com.csr

利用CA进行签名

sudo gmssl ca -in wzz.com.csr -out wzz.com.crt -cert demoCA/cacertGM.crt -keyfile demoCA/private/cakeyGM.pem

验签

gmssl verify -verbose -x509_strict -CAfile demoCA/cacertGM.crt wzz.com.crt

生成PKCS12格式的证书文件

cd demoCA
sudo gmssl pkcs12 -export -in cacertGM.crt -inkey private/cakeyGM.pem -out wzzRootCA.p12