【问题标题】:How to sign some data using public/private RSA key?如何使用公钥/私钥 RSA 密钥签署一些数据?
【发布时间】:2020-03-06 00:03:26
【问题描述】:

我有一个 RSA 公钥/私钥 xml 文件。我想用它来签署一些数据,有以下类,这是我使用类的方式:

$processor = new RSAProcessor("certificate.xml", RSAKeyType:: XMLFile);
$data =  $processor->sign($data); 
print(base64_encode($data));

但我收到错误:WARNING: str_repeat(): Second argument has to be greater than or equal to 0 in RSA.php on line 81。如何解决?我猜有些东西对于 php 7.2 已经过时了?感谢您的帮助,我应该在课堂上做些什么来避免这个错误?

Rsa 类:

define("BCCOMP_LARGER", 1);
class RSA {
 static function rsa_encrypt($message, $public_key, $modulus, $keylength) {
  $padded = RSA::add_PKCS1_padding($message, true, $keylength / 8);
  $number = RSA::binary_to_number($padded);
  $encrypted = RSA::pow_mod($number, $public_key, $modulus);
  $result = RSA::number_to_binary($encrypted, $keylength / 8);
  return $result;
 }
 static function rsa_decrypt($message, $private_key, $modulus, $keylength) {
  $number = RSA::binary_to_number($message);
  $decrypted = RSA::pow_mod($number, $private_key, $modulus);
  $result = RSA::number_to_binary($decrypted, $keylength / 8);
  return RSA::remove_PKCS1_padding($result, $keylength / 8);
 }
 static function rsa_sign($message, $private_key, $modulus, $keylength) {
  $padded = RSA::add_PKCS1_padding($message, false, $keylength / 8);
  $number = RSA::binary_to_number($padded);
  $signed = RSA::pow_mod($number, $private_key, $modulus);
  $result = RSA::number_to_binary($signed, $keylength / 8);
  return $result;
 }
 static function rsa_verify($message, $public_key, $modulus, $keylength) {
  return RSA::rsa_decrypt($message, $public_key, $modulus, $keylength);
 }
 static function rsa_kyp_verify($message, $public_key, $modulus, $keylength) {
  $number = RSA::binary_to_number($message);
  $decrypted = RSA::pow_mod($number, $public_key, $modulus);
  $result = RSA::number_to_binary($decrypted, $keylength / 8);
  return RSA::remove_KYP_padding($result, $keylength / 8);
 }
 static function pow_mod($p, $q, $r) {
  $factors = array();
  $div = $q;
  $power_of_two = 0;
while(bccomp($div, "0") == BCCOMP_LARGER)  {
   $rem = bcmod($div, 2);
   $div = bcdiv($div, 2);
   if($rem) array_push($factors, $power_of_two);
   $power_of_two++;
  }
  $partial_results = array();
  $part_res = $p;
  $idx = 0;
  foreach($factors as $factor)  {
   while($idx < $factor)
   {
    $part_res = bcpow($part_res, "2");
    $part_res = bcmod($part_res, $r);
    $idx++;
   }
   array_push($partial_results, $part_res);
  }
  $result = "1";
  foreach($partial_results as $part_res)
  {
   $result = bcmul($result, $part_res);
   $result = bcmod($result, $r);
  }
  return $result;
 }
 static  function add_PKCS1_padding($data, $isPublicKey, $blocksize)
 {
  $pad_length = $blocksize - 3 - strlen($data);
  if($isPublicKey)
  {
   $block_type = "\x02";
   $padding = "";
   for($i = 0; $i < $pad_length; $i++)
   {
    $rnd = mt_rand(1, 255);
    $padding .= chr($rnd);
   }
  }
  else
  {
   $block_type = "\x01";
   $padding = str_repeat("\xFF", $pad_length);
  }
  return "\x00" . $block_type . $padding . "\x00" . $data;
 }
  static function remove_PKCS1_padding($data, $blocksize)
 {
  assert(strlen($data) == $blocksize);
  $data = substr($data, 1);
  if($data{0} == '\0')
  die("Block type 0 not implemented.");
  assert(($data{0} == "\x01") || ($data{0} == "\x02"));
  $offset = strpos($data, "\0", 1);
  return substr($data, $offset + 1);
 }
  static function remove_KYP_padding($data, $blocksize)
 {
  assert(strlen($data) == $blocksize);
  $offset = strpos($data, "\0");
  return substr($data, 0, $offset);
 }
 static function binary_to_number($data)
 {
  $base = "256";
  $radix = "1";
  $result = "0";
  for($i = strlen($data) - 1; $i >= 0; $i--)
  {
   $digit = ord($data{$i});
   $part_res = bcmul($digit, $radix);
   $result = bcadd($result, $part_res);
   $radix = bcmul($radix, $base);
  }
  return $result;
  }
 static  function number_to_binary($number, $blocksize)
 {
  $base = "256";
  $result = "";
  $div = $number;
  while($div > 0)
  {
   $mod = bcmod($div, $base);
   $div = bcdiv($div, $base);
   $result = chr($mod) . $result;
  }
  return str_pad($result, $blocksize, "\x00", STR_PAD_LEFT);
 }
}

RSAProcessor 类:

class RSAProcessor
{
 private $public_key = null;
 private $private_key = null;
 private $modulus = null;
 private $key_length = "1024";
 public function __construct($xmlRsakey=null,$type=null)
 {
         $xmlObj = null;
         if ($xmlRsakey==null) {
             $xmlObj = simplexml_load_file("xmlfile/RSAKey.xml");
          } elseif ($type==RSAKeyType::XMLFile) {
             $xmlObj = simplexml_load_file($xmlRsakey);
          } else {
             $xmlObj = simplexml_load_string($xmlRsakey);
          }
         $this->modulus = RSA::binary_to_number(base64_decode($xmlObj->Modulus));
         $this->public_key = RSA::binary_to_number(base64_decode($xmlObj->Exponent));
         $this->private_key = RSA::binary_to_number(base64_decode($xmlObj->D));
         $this->key_length = strlen(base64_decode($xmlObj->Modulus))*8;
 }
 public function getPublicKey() {
  return $this->public_key;
 }
 public function getPrivateKey() {
  return $this->private_key;
 }
 public function getKeyLength() {
  return $this->key_length;
 }
 public function getModulus() {
  return $this->modulus;
 }
 public function encrypt($data) {
  return base64_encode(RSA::rsa_encrypt($data,$this->public_key,$this->modulus,$this->key_length));
 }
  public function dencrypt($data) {
  return RSA::rsa_decrypt($data,$this->private_key,$this->modulus,$this->key_length);
 }
  public function sign($data) {
  return RSA::rsa_sign($data,$this->private_key,$this->modulus,$this->key_length);
 }
  public function verify($data) {
  return RSA::rsa_verify($data,$this->public_key,$this->modulus,$this->key_length);
 }
}


class RSAKeyType{
 const XMLFile = 0;
 const XMLString = 1;
}

证书.xml:

<RSAKeyValue>
<Modulus>tCZiqDS5BVQQZDBUYbyeoP4rENN4mX5FZJjjMNfGbyzfzH45RY2/YsMaY0yI1jMCOpukvkUyl153tcn0LXhMCDdsEhhZPoKbPUGMniKtFGjs18rv/b5FFUUW1utgwoL8+WJqjOqhQGgvbja63X9+WMFP0nM3d8yudn9C/X55KyM=</Modulus>
    <Exponent>AQAB</Exponent>
    <P>5HXvmU4IfqUG2jFLSqi/BMEQ3x1NsUDvx3zN5O1p9yLLspJ4sqAt4RUkxzcGodYgBSdXsR9IGcPwjQfbx3a7nQ==</P>
    <Q>yd2hDCF/5Zqtz9DXjY1NRYGvBjTS4AQn83ERR46Y5eBSnLjpVjv6gPfARuhsUP44nikrQPvwPnjxQcOhJaOlvw==</Q>
    <DP>ztuqUplBP8qU5cN0dOlN7DQT3rFdw30Unv/2Pa5qIAc1gT72YmZ+pCrM3kSIkMicvY3d7NZyJkIv8MKI0ZZEUQ==</DP>
    <DQ>QFLJ5YarLWubZPQEK4vSCornTY/5ff51CIKH4ghTOjS/vkbBu4PDL+NCNpYLJcfMHMG7kap2BEIfhjgjGk5KGw==</DQ>
    <InverseQ>WE6TqpcexQJwt9Mnp1FbeLtarBcFkXVdBauouFKHcbHCfQjA3IjUrGTxgSO74O/4QSKqaF2gnlL6GI7gKuGbzQ==</InverseQ>  <D>czYtWDfHsFGv3fNOs+cGaB3E+xDTiw7HYGuquJz2qjk/s69x/zqFEKuIH8Ndq+eZYFQUCx+EGGxxENDkmYPa0z8wbfFI6JEHpxaLmQfpkkbSL1BJIp9Z5BNM2gy6jJqgbWwQPcN/4jpiMefHZWAqhMKqenUu1KIq1ZX6Bz5xKYk=</D>
</RSAKeyValue>

感谢您的帮助,我应该在课堂上做些什么来避免这个错误?

【问题讨论】:

  • 只是想知道,为什么在 PHP 有 OpenSLL 的情况下实现代码?对读者来说,神奇的数字 81 是什么?
  • 我不知道openssl,你能提供openssl的等效代码来用这个密钥签署数据吗?该类文件中的第 81 行是 $padding = str_repeat("\xFF", $pad_length);
  • 我猜由于我的私钥/公钥格式是特殊的,而不是标准的 RSA 文件格式,我不能使用 openssl,我应该只修复这个代码?
  • RSA 是一种算法。 PKCS#1 是 RSA 的通用标准。这使用 ASN.1 定义了 RSA 私钥结构,该结构通常是 DER 编码的(也有一种称为 XER 的 XML 格式,但它几乎不受任何地方的支持,以上不是 XER)。通常私钥使用 PKCS#8(内部)格式存储,然后包含 PKCS#1 中定义的密钥。通常这种功能是由好的加密库提供的(OpenSSL 当然支持它)。

标签: php encryption rsa public-key-encryption private-key


【解决方案1】:

在我的本地环境中,代码运行流畅,在http://phpfiddle.org/ (PHP 7.0.33) 上也运行良好!但是,对于后者,密钥必须作为字符串传递,因为在线没有可用的文件系统:

$privateKey = "<RSAKeyValue>...</RSAKeyValue>";
$processor = new RSAProcessor($privateKey, RSAKeyType::XMLString);

另一方面,相同的代码在 http://sandbox.onlinephpfunctions.com/ (PHP 7.01 - PHP 7.3.5) 上失败,并显示与您相同的错误消息。原因是 simplexml_load_string() 方法被禁用。因此无法加载密钥并且RSAProcessor-class 的成员变量$modulus$key_length$private_key$public_key 得到值0。结果,使用$blocksize=$keylength/8 调用的方法add_PKCS1_padding 确定了$pad_length=$blocksize-3-strlen($data) 的负值,这显然会导致错误消息str_repeat(): Second argument must be greater than or equal to 0 当str_repeat("\xFF", $pad_length) 被调用时。

如果我在本地环境中禁用 simplexml_load_file 方法,我可以准确重现此行为。由于代码原则上有效,因此可以假设您的系统上也禁用了方法,尤其是simplexml_load_file

可以通过从php.inidisable_functions-list 中删除禁用的方法来启用它们。

更新:

正如 cmets 中已经提到的,绝大多数库都支持 RSA,例如phpseclibhere,也支持你代码中使用的密钥格式here

一般来说,对于 PKCS#1,不是数据本身,而是它们带有前面摘要信息(DigestInfo 值的 DER 编码)的哈希是根据 RFC 8017 签名的,另请参见 here,这就是为什么还必须指定摘要。假设您的数据(即传递给您的 RSAProcessor#sign 方法的 $data)遵循此约定,即:

$dataToSign = 'The quick brown fox jumps over the lazy dog'; 
$data = hex2bin('3031300d060960864801650304020105000420' . hash('SHA256', $dataToSign, false));

以下代码使用 phpseclib-library(以 SHA256 作为摘要)将生成 same 签名:

include('RSA.php');
include('BigInteger.php');

$rsa = new Crypt_RSA();

$privateKey = "<RSAKeyValue>...</RSAKeyValue>";
$dataToSign = 'The quick brown fox jumps over the lazy dog';

$rsa->setPrivateKeyFormat(CRYPT_RSA_PRIVATE_FORMAT_XML);  // private key format
$rsa->loadKey($privateKey);

$rsa->setHash('sha256');                                  // digest for signing
$rsa->setSignatureMode(CRYPT_RSA_SIGNATURE_PKCS1);        // RSASSA-PKCS1-v1_5-padding
$signature = $rsa->sign($dataToSign);

echo 'Signature (hex):    ' . bin2hex($signature) . "\n";
echo 'Signature (base64): ' . base64_encode($signature) . "\n";

然后,两个代码都提供以下签名(作为十六进制字符串):

6f00eb1126470e097991aaa1e3e94b49a7b8de6c9b2bf683382f96563479b87067be20635ccc1d36fedff9d60f682fdefcb108f5351dc672ebb442e49231d0306b302b258f6b21fb724b59ad765151f6c724de214d41afa0e1b08228b070c537020df8acf9cad5f2fdde63bc698875527a52e49155bd5e2fd761f541844e92bb

更新 2:

对于 SHA1,您的代码的 ID 加哈希值可以如下确定:

$data = hex2bin('3021300906052b0e03021a05000414' . hash('SHA1', $dataToSign, false));

$data = hex2bin('3021300906052b0e03021a05000414' . SHA1($dataToSign, false));

可以使用hash-函数或sha1-函数。在这两种情况下,最后一个参数 $raw_output 控制返回是二进制 (TRUE) 还是十六进制字符串 (FALSE)。由于与 ID 的串联,我将哈希作为十六进制字符串返回,进行串联,最后使用hex2bin 显式转换为二进制表示。摘要ID也可以在here, page 47找到。

在 phpseclib 代码中

$rsa->setHash('sha1');

必须使用。

【讨论】:

  • 我的代码和您上面给出的 phpseclib 代码都给出了完全相同的结果?这对于获得完全相同的结果很重要,因为这是针对我当地的银行的。
  • 我猜这个 sha256,不会给出与我的代码完全相同的结果?你能给出一个与我的结果完全相同的 phpseclib 代码,我可以安全地迁移到 phpseclib 吗?
  • 这取决于$data 的内容:通常不是数据本身被签名,而是使用给定摘要的哈希(包括摘要信息,请参阅我修改后的答案)。 phpseclib-library 隐式执行此操作,即数据被散列并且摘要信息是前缀,这就是必须指定摘要的原因。如果您的代码中的 $data 恰好包含这些数据(摘要信息加哈希),则签名匹配。
  • 是的,我的银行正在使用带有第二个参数的 sha1 作为 true 来生成 20 长度的二进制哈希。所以对于 setHash 我必须使用 sha1,但是如何在这里将它的第二个参数设置为 true 呢?
  • 如果我理解正确的话,无论什么用途,摘要和签名方法都不重要,因为它无法被解码。无论您使用哪种方法,接收者都可以使用公钥来验证这是否由您完成?而这就是签约的目的?对吗?
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