访问智能卡证书时出现 CryptographicException

Question

我正在为我工​​作的公司开发一个名为 SmartCardService 的 C# 类。 桌面应用程序使用虚拟和物理智能卡与我们公司开发的嵌入式 PLC 进行通信。为此，我们的 IT 部门专门为每位用户颁发了证书。

SmartCardService 提供用于加密、解密和签署数据以及验证签名的基本功能。

public sealed class SmartCardService : ISmartCardService
{
    private RSACryptoServiceProvider CryptoServiceProvider { get; }

    public SmartCardService(X509Certificate2 certificate)
    {
        if(certificate == null) throw new ArgumentNullException("missing certificate");
        CryptoServiceProvider = (RSACryptoServiceProvider)Certificate.PrivateKey;
    }

    public byte[] EncryptData(byte[] data)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");
        return CryptoServiceProvider.Encrypt(data, false);
    }

    public byte[] DecryptData(byte[] cipher)
    {
        if (cipher == null) throw new ArgumentNullException("cipher");
        return CryptoServiceProvider.Decrypt(cipher, false);
    }

    public byte[] SignData(byte[] data)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");

        using (var sha256 = SHA256.Create())
        {
            return CryptoServiceProvider.SignData(data, sha256);
        }
    }

    public bool VerifySignature(byte[] data, byte[] signature)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");
        if (signature == null) throw new ArgumentNullException("signature");

        using (var sha256 = SHA256.Create())
        {
            return CryptoServiceProvider.VerifyData(data, sha256, signature);
        }
    }
}

证书本身由应用程序组合根目录中的另一个组件CertificateProvider 提供（稍后也会处理证书对象）。它只是选择我们公司为用户颁发的第一个证书。

public sealed class CertificateProvider
{
    public X509Certificate2 GetCertificateFromStore(string subjectName)
    {
        using (var store = new X509Store(StoreName.My, StoreLocation.CurrentUser))
        {
            store.Open(OpenFlags.ReadOnly | OpenFlags.OpenExistingOnly);
            return store.Certificates
                    .Find(X509FindType.FindByIssuerName, "<COMPANY NAME>", true)
                    .Find(X509FindType.FindBySubjectName, subjectName, true)
                    .Cast<X509Certificate2>()
                    .First();

        }
    }
}

问题发生在以下示例中：

// example data encryption and decryption
var service = new SmartCardService(certificate);
var data = new byte[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 };
var encryptedData = service.EncryptData(data);              // prints a 256 byte long array of hex values
var decryptedData = service.DecryptData(encryptedData);     // prints the original data: 00-01-02-03-04-05-06-07

在 Windows 10 上，一切运行良好。结果符合预期。

但是，在 Windows 7 上，只要在 SmartCardService 类的构造函数中命中此行，相同的代码就会生成 CryptographicException：

CryptoServiceProvider = (RSACryptoServiceProvider)Certificate.PrivateKey;

异常具有以下堆栈跟踪：

Unhandled Exception System.Security.Cryptography.CryptographicException: System cannot find the specified file.

   at System.Security.Cryptography.Utils.CreateProvHandle(CspParameters parameters, Boolean randomKeyContainer)
   at System.Security.Cryptography.Utils.GetKeyPairHelper(CspAlgorithmType keyType, CspParameters parameters, Boolean randomKeyContainer, Int32 dwKeySize, SafeProvHandle& safeProvHandle, SafeKeyHandle& safeKeyHandle)
   at System.Security.Cryptography.RSACryptoServiceProvider.GetKeyPair()
   at System.Security.Cryptography.RSACryptoServiceProvider..ctor(Int32 dwKeySize, CspParameters parameters, Boolean useDefaultKeySize)
   at System.Security.Cryptography.X509Certificates.X509Certificate2.get_PrivateKey()

我还没有找到这个问题的原因。如果有人能帮我解决这个问题，我将非常感激。

PS：我发现了一个旧的article，但有同样的例外，说明在用户配置文件中存储密钥存在问题。我不确定这是否与我面临的问题有关。

Answer 1

我遵循bartonjs 的建议并使用了GetRSAPrivateKey() RSACertificateExtensions 方法。这解决了问题。

如果有人遇到过相同或类似的问题，下面是重构后的类，现在可以在 Windows 10 和 Windows 7 上运行。

public sealed class SmartCardService : ISmartCardService
{
    private X509Certificate2 Certificate { get; }
    private RSA Rsa { get; }

    public SmartCardService(X509Certificate2 certificate)
    {
        Certificate = certificate ?? throw new ArgumentNullException("missing certificate");
        Rsa = certificate.GetRSAPrivateKey() ?? throw new CryptographicException("certificate has no private key");
    }

    public byte[] EncryptData(byte[] data)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");

        return Rsa.Encrypt(data, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
    }

    public byte[] DecryptData(byte[] cipher)
    {
        if (cipher == null) throw new ArgumentNullException("cipher");

        return Rsa.Decrypt(cipher, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
    }

    public byte[] SignData(byte[] data)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");
        return Rsa.SignData(data, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
    }

    public bool VerifySignature(byte[] data, byte[] signature)
    {
        if (data == null) throw new ArgumentNullException("data");
        if (signature == null) throw new ArgumentNullException("signature");
        return Rsa.VerifyData(data, signature, HashAlgorithmName.SHA256, RSASignaturePadding.Pkcs1);
    }
}