使用wolfCrypt实现ECIES椭圆曲线和对称密钥

使用 wolfCrypt 的 ECIES 椭圆曲线和对称密钥

我正在研究一系列 wolfSSL/wolfCrypt 库，它们都通过了 FIPS 140–3 认证。因此，如果你对密码学非常重视，wolfCrypt 是实现密码学代码的最佳库之一。

你是否知道 GCHQ 使用 ECIES（椭圆曲线集成加密方案）方法来开发其 COVID-19 跟踪应用程序？使用 ECIES（椭圆曲线集成加密方案），我们使用椭圆曲线密码学的公钥来派生对称密钥。在这种方法中，Alice 生成一个随机私钥（dA），然后取椭圆曲线上的一个点（G）并确定她的公钥（QA）：

因此，G 和 QA 是椭圆曲线上的点。然后，Alice 将 QA 发送给 Bob。接下来，Bob 将生成：

其中 r 是 Bob 生成的随机数。然后，对称密钥 (S) 用于加密消息。Alice 将收到加密的消息以及 R。然后，她可以确定与 Bob 相同的加密密钥，如下所示：

即：

这与 Bob 生成的密钥相同。该方法如下图所示：

WolfSSL/WolfCrypt 实现

为此，我们集成了 C# 封装器 (wolfSSL_CSharp.dll) 和主 wolfssl.dll [ here ]，以及一个示例解决方案 [ here]：

namespace wolfSSL
{
    using System;

using System.Text;
    using wolfSSL.CSharp;
    class Program
    {
        private static string toHex(byte[] s)
        {
            return (BitConverter.ToString(s).Replace("-", ""));
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            int bufferSize = wolfcrypt.MAX_ECIES_TEST_SZ;
            string message = "Test";
            byte[] salt = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 };
            int keySize = 32;
            IntPtr AlicePublicKey = IntPtr.Zero;
            IntPtr AlicePrivateKey = IntPtr.Zero;
            IntPtr AlicePrivateCtx = IntPtr.Zero;
            IntPtr AlicePublicCtx = IntPtr.Zero;
            IntPtr rng = IntPtr.Zero;
            IntPtr heap = IntPtr.Zero;
            if (args.Length > 0) message = args[0];
            if (args.Length > 1) keySize = System.Convert.ToInt32(args[1]);
            byte[] plaintext = new byte[bufferSize];
            byte[] encrypted = new byte[bufferSize];
            byte[] decrypted = new byte[bufferSize];

                /* Random context (随机上下文) */
                rng = wolfcrypt.RandomNew();
                /* Create keys (创建密钥) */
                AlicePublicKey = wolfcrypt.EccMakeKey(keySize, rng);
                AlicePrivateKey = wolfcrypt.EccMakeKey(keySize, rng);
            byte[] AlicePublicKeyDer;
            var ret = wolfcrypt.EccExportPrivateKeyToDer(AlicePublicKey, out AlicePublicKeyDer);
            byte[] AlicePrivateKeyDer;
            ret = wolfcrypt.EccExportPrivateKeyToDer(AlicePrivateKey, out AlicePrivateKeyDer);
            /* Context creation (上下文创建) */
            AlicePrivateCtx = wolfcrypt.EciesNewCtx((int)wolfcrypt.ecFlags.REQ_RESP_CLIENT, rng, heap);
            AlicePublicCtx = wolfcrypt.EciesNewCtx((int)wolfcrypt.ecFlags.REQ_RESP_SERVER, rng, heap);
                /* Set context salt (设置上下文盐) */
              var rtn= wolfcrypt.EciesSetKdfSalt(AlicePrivateCtx, salt);
              rtn=  wolfcrypt.EciesSetKdfSalt(AlicePublicCtx, salt);

                Array.Clear(plaintext, 0, plaintext.Length);
                Array.Copy(Encoding.ASCII.GetBytes(message), plaintext, message.Length);
                int plaintextLen = ((message.Length + (wolfcrypt.AES_BLOCK_SIZE - 1)) /wolfcrypt.AES_BLOCK_SIZE) * wolfcrypt.AES_BLOCK_SIZE;
                /* Encrypt message (加密消息) */
                ret = wolfcrypt.EciesEncrypt(AlicePrivateKey, AlicePublicKey, plaintext, (uint)plaintextLen, encrypted, AlicePrivateCtx);
                /* Decrypt message (解密消息) */
                ret = wolfcrypt.EciesDecrypt(AlicePublicKey, AlicePrivateKey, encrypted, (uint)ret, decrypted, AlicePublicCtx);
            var len = message.Length;
            var msg = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(decrypted).Substring(0, len);
            Console.WriteLine($"Key size: {keySize}");
            Console.WriteLine($"Message: {message}");
            Console.WriteLine($"Alice Public Key: {toHex(AlicePublicKeyDer)}");
            Console.WriteLine($"Alice Private Key: {toHex(AlicePrivateKeyDer)}");
            Console.WriteLine($"Encrypted: {BitConverter.ToString(encrypted).Replace("-", "")}");
            Console.WriteLine($"Decrypted: {msg}");

                if (AlicePublicKey != IntPtr.Zero) wolfcrypt.EccFreeKey(AlicePublicKey);
                if (AlicePrivateKey != IntPtr.Zero) wolfcrypt.EccFreeKey(AlicePrivateKey);
                if (AlicePrivateCtx != IntPtr.Zero) wolfcrypt.EciesFreeCtx(AlicePrivateCtx);
                if (AlicePublicCtx != IntPtr.Zero) wolfcrypt.EciesFreeCtx(AlicePublicCtx);
                if (rng != IntPtr.Zero) wolfcrypt.RandomFree(rng);

        }
    }
}

一个演示 here，以及一个示例运行如下：

Key size: 16
Message: Hello1231klklkl
Alice Public Key: 302A020101041CA5A5433B76E26F6FB216FD0BA1E140C720CD826A142D483F1E19A82CA00706052B81040021
Alice Private Key: 302A020101041C18FC394A5AD3AC9D0B0DBD43EBA6E2648048218717BC7D4B6430FA2EA00706052B81040021
Encrypted: 04334EB2460B32A553CD69582D2754FD71549F8E62465203AB505AFAAF9B9ED42A728250DCAFECE6FE6A25C94BC1C3D260D277D43B9DA6384C386E658986EF1834311C1BF3926608F11DEA6911CFC1C774C9E21E138666F5E93B7F7223819AFF25D773DD8E1BCE469E0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Decrypted: Hello1231klklkl

如果我们解析公钥，我们得到 [ here]：

DER: 302A020101041CA5A5433B76E26F6FB216FD0BA1E140C720CD826A142D483F1E19A82CA00706052B81040021
[U] SEQUENCE (30)
  [U] INTEGER (02): 1
  [U] OCTET STRING: 0xb'A5A5433B76E26F6FB216FD0BA1E140C720CD826A142D483F1E19A82C'
  Private key:  a5a5433b76e26f6fb216fd0ba1e140c720cd826a142d483f1e19a82c
  [C] 0x0
    [U] OBJECT (06): 1.3.132.0.33 - secp224r1
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MCoCAQEEHKWlQzt24m9vshb9C6HhQMcgzYJqFC1IPx4ZqCygBwYFK4EEACE=
-----END PUBLIC KEY-----

我们可以看到我们有一个 secp224r1 曲线。对于私钥 [ here]：

DER: 302A020101041C18FC394A5AD3AC9D0B0DBD43EBA6E2648048218717BC7D4B6430FA2EA00706052B81040021
[U] SEQUENCE (30)
  [U] INTEGER (02): 1
  [U] OCTET STRING: 0xb'18FC394A5AD3AC9D0B0DBD43EBA6E2648048218717BC7D4B6430FA2E'
  Private key:  18fc394a5ad3ac9d0b0dbd43eba6e2648048218717bc7d4b6430fa2e
  [C] 0x0
    [U] OBJECT (06): 1.3.132.0.33 - secp224r1
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MCoCAQEEHBj8OUpa06ydCw29Q+um4mSASCGHF7x9S2Qw+i6gBwYFK4EEACE=
-----END PUBLIC KEY-----

对于一个 256 位的密钥，我们得到 [ here]：

Key size: 32
Message: Hello
Alice Public Key: 30310201010420807AA2AE0AB7B2B1E66EAADFD7E63470EC5DEF29EBCC65BC379B60278725DD9AA00A06082A8648CE3D030107
Alice Private Key: 303102010104209A0509913EA958D48EE2F43CDAB442E0A14048BE62686604E151DC2F45E33D84A00A06082A8648CE3D030107
Encrypted: 04808E94426617837F921EB6A11EEF3D630A8D936BF10BFA13525668FF544CB320552A745F9FFE5680C90B971B31B23102EC59879AF87A0A582A7A0C8A006B285C6D4EAF738D14A15EB699747E3E0FA709F086F5C793393918BFDFD6B5E41E7404AFB9EA1DF707FE9C6505F14FA58E6EE6000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Decrypted: Hello

对于公钥，我们得到 [ here]：

DER: 30310201010420807AA2AE0AB7B2B1E66EAADFD7E63470EC5DEF29EBCC65BC379B60278725DD9AA00A06082A8648CE3D030107
[U] SEQUENCE (30)
  [U] INTEGER (02): 1
  [U] OCTET STRING: 0xb'807AA2AE0AB7B2B1E66EAADFD7E63470EC5DEF29EBCC65BC379B60278725DD9A'
  Private key:  807aa2ae0ab7b2b1e66eaadfd7e63470ec5def29ebcc65bc379b60278725dd9a
  [C] 0x0
    [U] OBJECT (06): 1.2.840.10045.3.1.7 - secp256r1
-----BEGIN PUBLIC KEY-----
MDECAQEEIIB6oq4Kt7Kx5m6q39fmNHDsXe8p68xlvDebYCeHJd2aoAoGCCqGSM49AwEH
-----END PUBLIC KEY-----

在这里我们可以看到我们正在使用 secp256k1 曲线。

补充

以下是我为 wolfCrypt 开发的示例：

• wolfSSL 和哈希。wolfSSL and Hashing。wolfSSL 集成了一个 CSharp (C#) 封装器，并允许访问 C++ 代码。这包括 wolfCrypt 对 ECC (ECDSA/ECDHE)、ECIES、RSA、ED25519/Curve25519、AES-GCM 和 HASH 密码算法的支持。在本例中，我们将实现 SHA256、SHA384、SHA512 和 SHA3 的哈希方法。总的来说，wolfSSL 符合 FIPS 140–3 标准。我们需要与这些 DLL 集成 [ here]。
• wolfSSL 和 ECDSA。wolfSSL and ECDSA。ECDSA 已经存在了二十多年，最早在 [1] 中提出。与基于 RSA 的 DSA 方法相比，ECDSA 方法显著提高了签名消息的性能。它使用椭圆曲线方法加快了整个过程，并支持更小的密钥大小。它的桂冠是被 Satoshi Nakamoto 选中用于他的比特币协议，然后被采用到以太坊中。在这种情况下，我们将使用 wolfSSL/wolfCrypt 生成一个 ECC 密钥对，然后对消息的哈希进行签名，然后验证它。
• wolfSSL 和 ECIES。wolfSSL and ECIES。使用 ECIES（椭圆曲线集成加密方案），我们使用椭圆曲线密码学的公钥来派生对称密钥。

• 原文链接： medium.com/asecuritysite...
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