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ATECC508A芯片开发笔记（七）：实现对数据数字签名（Sign）并验证（Verify）证书签名
- 一、数据签名、验证基本流程
- 二、利用508对数据签名并验证 代码实现：
- 三、X.509证书验证
本节介绍利用508对证书数据进行签名、验证的步骤和原理。
一、数据签名、验证基本流程
由网络安全知识我们知道，对数据进行签名，其实就是用私钥加密而已，而验证签名就是用该私钥对应的公钥进行解密。
而如果对整个数据签名，会造成运算量大要验证数据多等缺点，因此实际应用中，一般是对原始数据算一个通过Hash算法算一个Hash值，Hash值唯一会保证数据完整性，然后再对该Hash值进行签名
因此只需验证该签名数据，并再算一次Hash与解密后的签名数据进行比较，就实现了保证数据的完整性以及身份认证双重效果。
二、利用508对数据签名并验证 代码实现：
void SignAndVerify_508Demo(uint8_t *Buffer)
{
uint8_t SHA_DATA[32] = {
0};
uint8_t Signature_Out[64] = {
0};
bool verified = 0;
int err = 0;
err = atecc508_init(ATECC508_DEV_I2C_ADDRESS); //508A init
assert_noerr(err);
err = ComputeSHA256withOneStep(Buffer,sizeof(Buffer),SHA_DATA);
err = atecc508_sign_hash(SLOT_x, SHA_DATA, Signature_Out);
err = atecc508_generate_public_key(SLOT_x,publickeyFromAt508);
err = atecc508_verify_external_mode(SHA_DATA,Signature_Out,publickeyFromAt508,&verified);
}
Sign（数字签名）实现：
函数首先对508A初始化，接着对传入的数据通过SHA256算出Hash值SHA_DATA，
- 接着就通过508A的API
atecc508_sign_hash()对这个数据签名，该函数第一个参数是Slot数，既利用该Slot存储的私钥对数据进行签名。并将签名数据输出到Signature_Out
Verify（验签）实现：
-
Verify时需要利用508A实现数据签名相应的公钥，因此首先利用
atecc508_generate_public_key由Slot_x的私钥产生公钥（非对称加密中私钥可以产生公钥），存储在publickeyFromAt508。 -
之后调用
atecc508_verify_external_mode()（使用External验证模式）输入SHA数据、Signature数据、解签名用的PublicKey，最后508会返回Bool型的verified，如果为1则验证成功，否则失败。
其中ComputeSHA256withOneStep()是封装实现了SHA256算法，该函数会将输入数据Buffer用SHA256算出一个Hash值（32 Byte）并输出至SHA_DATA数组。
（SHA2的软件实现方法有很多，这里不再赘述，有兴趣可以在我的这篇博客中找到SHA实现源码和典型应用：https://blog.csdn.net/HowieXue/article/details/78700694 ）
//
//para in: input Bytes, bytelength
//para out: Message_Digest SHA result
//
OSStatus ComputeSHA256withOneStep(const uint8_t *bytes, unsigned int bytecount, uint8_t Message_Digest[SHA256HashSize])
{
SHA256Context sha256Con;
SHA256Reset(&sha256Con);
SHA256Input(&sha256Con, bytes, bytecount);
SHA256Result(&sha256Con, Message_Digest);
}
三、X.509证书验证
设备认证流程关键就是验证证书，大多数用于设备端与Cloud端之间进行双向认证，过程示例图参考如下：
而508A Lib对证书验证有一个专门的API函数来实现： · atcacert_verify_cert_hw()，（其实都是调用的atcab_verify_extern()函数）
508A有一个证书管理的大结构体：atcacert_def_t，证书的类型、SN、签名、key等都封装在了里面。如果用508A验证证书，就需要填充该结构的数据
四、实现代码：
为方便Demo，新建一个测试用的atcacert_def_t 数据cert_def_device_xxx ：
atcacert_def_t cert_def_device_xxx =
{
.type = CERTTYPE_X509,
.template_id = 0,
.chain_id = 0,
.private_key_slot = 0,
.sn_source = SNSRC_DEVICE_SN,
.cert_sn_dev_loc =
{
.zone = DEVZONE_NONE,
.slot = 0,
.is_genkey = 0,
.offset = 0,
.count = 0
},
.issue_date_format = DATEFMT_POSIX_UINT32_BE, //DATEFMT_RFC5280_UTC
.expire_date_format = DATEFMT_POSIX_UINT32_BE,
.tbs_cert_loc =
{
.offset = 0,
.count = 0
},
.expire_years = 0,
.public_key_dev_loc =
{
.zone = DEVZONE_DATA,
.slot = 0,
.is_genkey = 0,
.offset = 0,
.count = 0
},
.comp_cert_dev_loc =
{
.zone = DEVZONE_DATA,
.slot = 0,
.is_genkey = 0,
.offset = 0,
.count = 0
},//todo
.std_cert_elements =
{
{
// STDCERT_PUBLIC_KEY
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_SIGNATURE
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_ISSUE_DATE
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_EXPIRE_DATE
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_SIGNER_ID
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_CERT_SN
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_AUTH_KEY_ID
.offset = 0,
.count = 0
},
{
// STDCERT_SUBJ_KEY_ID
.offset = 0,
.count = 0
}
},
.cert_elements = NULL,
.cert_elements_count = 0,
.cert_template = xxx_DeviceCert,
.cert_template_size = sizeof(xxx_DeviceCert),
.cert_template = 0,
.cert_template_size = 0,
};
证书验证代码如下，在填充cert_def_device_xxx中，要保证两个最基本的tbs_cert_loc以std_cert_elements[STDCERT_SIGNATURE].offset设置正确，
这两个数据分别是所要验证的证书中，to be signed 部分的长度，以及Signature的位置偏移量。
//modify cert_def tbs length and sign location
cert_def_device_xxx.tbs_cert_loc.count = tbs_length ;
cert_def_device_xxx.std_cert_elements[STDCERT_SIGNATURE].offset = SignLocation;
//verify cert use 508a
err = atcacert_verify_cert_hw(&cert_def_device_xxx,
Certificate->certificateData,
Certificate->length,
PubKey);
if(err != 0)
return err;
else
return 0;
将正确参数传入atcacert_verify_cert_hw()，其返回值为0则代表验证成功。其中参数部分，Certificate是证书结构体指针，其指向了在内存中存储的证书，包括其内容和长度。
刚才提到atcacert_verify_cert_hw()内部也是调用的atcab_verify_extern()，代码如下：
int atcacert_verify_cert_hw( const atcacert_def_t* cert_def,
const uint8_t* cert,
size_t cert_size,
const uint8_t ca_public_key[64])
{
int ret = 0;
uint8_t tbs_digest[32];
uint8_t signature[64];
bool is_verified = false;
if (cert_def == NULL || ca_public_key == NULL || cert == NULL)
return ATCACERT_E_BAD_PARAMS;
ret = atcacert_get_tbs_digest(cert_def, cert, cert_size, tbs_digest);
if (ret != ATCACERT_E_SUCCESS)
return ret;
ret = atcacert_get_signature(cert_def, cert, cert_size, signature);
if (ret != ATCACERT_E_SUCCESS)
return ret;
ret = atcab_verify_extern(tbs_digest, signature, ca_public_key, &is_verified);
if (ret != ATCA_SUCCESS)
return ret;
return is_verified ? ATCACERT_E_SUCCESS : ATCACERT_E_VERIFY_FAILED;
}
可见，atcacert_verify_cert_hw()内部实现的就是上述流程中的步骤，先计算证书To be signed 部分的SHA256，然后从证书制定位置提取其前面数据，
最后将SHA256数据（tbs_digest）和签名数据以及PublicKey传入到atcab_verify_extern()去验证，返回验证成功与否。
（传输之间无任何Secret交换，体现了508A的安全性能保证）
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