【问题标题】:Translating Elliptic Curve parameters (BC to MS)转换椭圆曲线参数(BC 到 MS)
【发布时间】:2018-07-10 13:36:36
【问题描述】:

我正在尝试生成 ECDSA 自签名证书,如generate certificate using ECDSA 中所述。将 bartonjs 答案中的所有部分放在一起并使用Net.Framework 4.7(或Net.Core 2.0)以下代码似乎可以正常工作,尽管还存在一些歧义(至少一个):

我不确定如何将私钥(“D”参数)从BC-BigInteger 正确转换为MS-byte[]。使用BigInteger.ToByteArray() 会抛出异常:

CryptographicException:指定的密钥参数无效。 Q.X 和 Q.Y 是必填字段。 Q.X、Q.Y 的长度必须相同。如果 D 指定它必须与命名的 Q.X 和 Q.Y 长度相同 曲线或与显式曲线的顺序相同的长度。

在验证 ECParameters 时(方法 ECParameters.Validate())。使用BigInteger.ToByteArrayUnsigned() 可以提供更好的结果(在数百个生成的密钥对上出现一次失败),但仍然...

使用ToByteArray() 时,转换后的“D”通常长一个字节(“D”有 33 个字节,而 D.X 和 D.Y 有 32 个字节)。使用 ToByteArrayUnsigned() 时,“D”有时会短一个字节。

所以我的问题是是否可以使用ToByteArrayUnsigned()

private const string NCryptExportPolicyProperty = "Export Policy";
private const string SignatureAlgorithm = "Sha256WithECDSA";
private static readonly ECCurve MsCurve = ECCurve.NamedCurves.nistP256;
private static readonly DerObjectIdentifier BcCurve = SecObjectIdentifiers.SecP256r1; // must correspond with MsCurve

public static X509Certificate2 Create()
{    
    // 1. generate keys:
    IAsymmetricCipherKeyPairGenerator bcKeyGen = GeneratorUtilities.GetKeyPairGenerator("ECDSA");
    bcKeyGen.Init(new ECKeyGenerationParameters(BcCurve, new SecureRandom()));

    ECPrivateKeyParameters bcPrivKey;
    ECPublicKeyParameters bcPublKey;

    bool validated;
    ECParameters msEcp;
    do
    {
        AsymmetricCipherKeyPair bcKeyPair = bcKeyGen.GenerateKeyPair();
        bcPrivKey = (ECPrivateKeyParameters)bcKeyPair.Private;
        bcPublKey = (ECPublicKeyParameters)bcKeyPair.Public;

        // 2. ensure generated bc-keys can be translated to cng (see exception below)
        msEcp = new ECParameters();
        msEcp.Curve = MsCurve;
        msEcp.D = bcPrivKey.D.ToByteArrayUnsigned(); // or bcPrivKey.D.ToByteArray() ??
        msEcp.Q.X = bcPublKey.Q.XCoord.GetEncoded();
        msEcp.Q.Y = bcPublKey.Q.YCoord.GetEncoded();

        try
        {
            msEcp.Validate();
            validated = true;
        }
        catch (Exception e)
        {
            // Validate() occasionally throws CryptographicException: 
            // The specified key parameters are not valid. Q.X and Q.Y are required fields. Q.X, Q.Y must be the same length. If D is specified it must be the same length as Q.X and Q.Y for named curves or the same length as Order for explicit curves.
            // e.g.: D = 31, Q.X = 32, Q.Y = 32.
            validated = false;
            Console.WriteLine("D = {0}, Q.X = {1}, Q.Y = {2}. {3}: {4}", msEcp.D.Length, msEcp.Q.X.Length, msEcp.Q.Y.Length, e.GetType().Name, e.Message);
        }
    } while (!validated);

    // 3. create x509 certificate:
    X509V3CertificateGenerator bcCertGen = new X509V3CertificateGenerator();
    bcCertGen.SetPublicKey(bcPublKey);
    // .. set subject, validity period etc
    ISignatureFactory sigFac = new Asn1SignatureFactory(SignatureAlgorithm, bcPrivKey);
    Org.BouncyCastle.X509.X509Certificate bcX509Cert = bcCertGen.Generate(sigFac);
    byte[] x509CertEncoded = bcX509Cert.GetEncoded();

    X509Certificate2 msNewCert;

    // 4. use translated (and validated) parameters:
    using (ECDsaCng msEcdsa = new ECDsaCng())
    {
        msEcdsa.ImportParameters(msEcp);

        CngKey msPrivateKey = msEcdsa.Key;

        // 5. make private key exportable:
        byte[] bytes = BitConverter.GetBytes((int)(CngExportPolicies.AllowExport | CngExportPolicies.AllowPlaintextExport));
        CngProperty pty = new CngProperty(NCryptExportPolicyProperty, bytes, CngPropertyOptions.Persist);
        msPrivateKey.SetProperty(pty);

        // 6. tie keys together:
        using (X509Certificate2 msPubCertOnly = new X509Certificate2(x509CertEncoded))
        {
            msNewCert = MateECDsaPrivateKey(msPubCertOnly, msPrivateKey); // method from bartonjs's answer
        }
    }

    return msNewCert;
}

提前谢谢你

【问题讨论】:

  • 当 D 为 33 字节时,D[0] 可能为 0。如果是这种情况,您不希望填充为零。当 D 为 31 字节(或更小)时,您需要在开头插入 0。当然,如果没有失败的例子,就很难证明这一点。
  • 你说得对。添加/删除前导零可确保验证通过。但是这样可以吗?带有“固定”密钥的密钥/证书可以吗?

标签: c# certificate bouncycastle ecdsa


【解决方案1】:

以下代码对你有帮助,你可以使用充气城堡库生成算法:

private static ECDsa GetEllipticCurveAlgorithm(string privateKey)
    {
        var keyParams = (ECPrivateKeyParameters)PrivateKeyFactory
            .CreateKey(Convert.FromBase64String(privateKey));

        var normalizedECPoint = keyParams.Parameters.G.Multiply(keyParams.D).Normalize();

        return ECDsa.Create(new ECParameters
        {
            Curve = ECCurve.CreateFromValue(keyParams.PublicKeyParamSet.Id),
            D = keyParams.D.ToByteArrayUnsigned(),
            Q =
        {
            X = normalizedECPoint.XCoord.GetEncoded(),
            Y = normalizedECPoint.YCoord.GetEncoded()
        }
        });
    }

并通过以下方式生成令牌:

var signatureAlgorithm = GetEllipticCurveAlgorithm(privateKey);

            ECDsaSecurityKey eCDsaSecurityKey = new ECDsaSecurityKey(signatureAlgorithm)
            {
                KeyId = settings.Apple.KeyId
            };

            var handler = new JwtSecurityTokenHandler();   
            var token = handler.CreateJwtSecurityToken(
                issuer: iss,
                audience: AUD,
                subject: new ClaimsIdentity(new List<Claim> { new Claim("sub", sub) }),
                expires: DateTime.UtcNow.AddMinutes(5), 
                issuedAt: DateTime.UtcNow,
                notBefore: DateTime.UtcNow,
                signingCredentials: new SigningCredentials(eCDsaSecurityKey, SecurityAlgorithms.EcdsaSha256));

【讨论】:

    【解决方案2】:

    当您获得太多字节(在这种情况下为 33)时,第一个字节应该是 0x00,您需要将其删除。当你变得太少时(从技术上讲,D=1 是有效的)你需要插入零来填充数组。

    原因是 .NET 的结构期望 D 看起来像它对底层 Windows CNG 导入 API 所做的那样,这意味着 D 是一个固定的无符号大端大整数。 BouncyCastle 为您提供 BER INTEGER 编码,当最高有效字节的高位(字节 [0],大端序)设置为应被视为正数的数字时,需要插入 0x00 字节。

    BER 还有一个规则是使用最小字节数,这就是为什么有时 BouncyCastle 给出的数字太小了。

    Q.X 和 Q.Y 都可以,因为 ECPoint 编码规则指定了一个固定大小的大端整数,其大小由曲线决定;这就是为什么 BouncyCastle 有 GetEncoded 方法而不仅仅是 ToByteArrayUnsigned 的原因。

    private static byte[] FixSize(byte[] input, int expectedSize)
    {
        if (input.Length == expectedSize)
        {
            return input;
        }
    
        byte[] tmp;
    
        if (input.Length < expectedSize)
        {
            tmp = new byte[expectedSize];
            Buffer.BlockCopy(input, 0, tmp, expectedSize - input.Length, input.Length);
            return tmp;
        }
    
        if (input.Length > expectedSize + 1 || input[0] != 0)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }
    
        tmp = new byte[expectedSize];
        Buffer.BlockCopy(input, 1, tmp, 0, expectedSize);
        return tmp;
    }
    
    ...
    
    msEcp = new ECParameters();
    msEcp.Curve = MsCurve;
    msEcp.Q.X = bcPublKey.Q.XCoord.GetEncoded();
    msEcp.Q.Y = bcPublKey.Q.YCoord.GetEncoded();
    msEcp.D = FixSize(bcPrivKey.D.ToByteArrayUnsigned(), msEcp.Q.X.Length);
    

    【讨论】:

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