如何构造PKCS 7签名 pkcs1签名

PKCS#7定义了加密消息的语法标准，也就是加密数据、数字信封、数字签名这些密码运算结果的数据格式标准。基于这一标准，使得不同密码体系之间交换数据成为可能。PKCS#7作为RSA安全体系的一部分，被广泛支持和使用，如CryptoAPI、OpenSSL、PDF加密签名等。但在某些情况下，如Java自带的加密库并不支持PKCS#7，或者使用PKCS#7不支持的国密算法时，就可能需要我们自己实现PKCS#7标准。今天先讲解一下使用最多的PKCS#7的数字签名标准。说明的是，提供的VC代码示例只能是示例，因为完整的代码是比较复杂的，不可能全部提供。主要是给大家起到参考和提示的作用。学习此部分内容，需要一些ASN.1基础。

PKCS#7采用ASN.1语义描述，因此数字签名也需按照其通用语法标准封装成ContentInfo类型，其定义如下。

ContentInfo::= SEQUENCE {

contentType ContentType,

content [0] EXPLICIT ANY DEFINED BYcontentType OPTIONAL }

ContentType::= OBJECT IDENTIFIER

示例代码如下：

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> sig; // CDerValue是自DER编码处理类。这里

hr=sig.CreateInstance(); //创建一个实例，用于生成符合ASN.1

_handle_result2(); //标准的数据。下同

hr=sig->put_Tag(TAG_SEQUENCE); // ContentInfo的类型是SEQUENCE

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> ctype;

hr=ctype.CreateInstance();

_handle_result2();

BSTR oid =CharToWchar(szOID_PKCS_7_SIGNED); //标识： "1.2.840.113549.1.7.2"

hr=ctype->put_ObjectIdentifier(oid); // contentType是OBJECT IDENTIFIER类型， //把PKCS#7数字签名的标识赋值给它。

_handle_result2();

hr=sig->AddItem(ctype,&datasize);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> cdata; //PKCS7 signedData数据

hr=cdata.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=cdata->put_Tag(TAG_OPT); // OPTIONAL类型, 且content标识为0， //所以TAG值设置为TAG_OPT

_handle_result2();

hr=sig->AddItem(cdata,&datasize);

_handle_result2();

数字签名类型为SignedData ，定义如下。

SignedData ::= SEQUENCE {

version Version,

digestAlgorithms DigestAlgorithmIdentifiers,

contentInfo ContentInfo,

certificates [0] IMPLICIT ExtendedCertificatesAndCertificates OPTIONAL,

crls [1] IMPLICIT CertificateRevocationLists OPTIONAL,

signerInfos SignerInfos

}

首先生成SEQUENCE类型的SignedData，并填充到上面ContentInfo里的content里。

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> sdata;

hr=sdata.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=sdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

_handle_result2();

hr=cdata->AddItem(sdata,&datasize);

_handle_result2();

接下来就按照标准拼装数据，形成一个标准的PKCS#7签名。

1. version

整数类型，指PKCS#7语法的版本，目前取值为1。

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> version; //版本号

hr=version.CreateInstance();

_handle_result2();

eseals::CBigIntegerPtr ver; //这里用了一个自定义的大整数类处理

hr=ver.Create(1); //设置为1

hr=version->SetInteger(ver);

_handle_result2();

hr=sdata->AddItem(version,&datasize);

_handle_result2();

2. digestAlgorithms

digestAlgorithms是消息摘要算法标识符的集合， 用来标识每个签名者使用的消息摘要算法，ASN.1定义如下。

DigestAlgorithmIdentifiers：= Set of DigestAlgorithmIdentifier

Set of DigestAlgorithmIdentifier

DigestAlgorithmIdentifier ::= AlgorithmIdentifier

AlgorithmIdentifier ::= SEQUENCE {

algorithm OBJECT IDENTIFIER,

parameters ANY DEFINED BY algorithm OPTIONAL

}

示例代码，使用SM3算法：

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> algorithms; //摘要算法集合

hr=algorithms.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=algorithms->put_Tag(TAG_SET); //集合类型，这里只有一个元素， //即单用户签名

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> algsdata;

hr=algsdata.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=algsdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE); // AlgorithmIdentifier为SEQUENCE类型 _handle_result2();

hr=algorithms->AddItem(algsdata,&datasize);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> algcdata;

hr=algcdata.CreateInstance();

_handle_result2();

//这里用SM3算法标识"1.2.156.10197.1.401"，同时没有其他参数。

hr=algcdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_SM3_Hash_Algorithm));

_handle_result2();

hr=algsdata->AddItem(algcdata,&datasize);

_handle_result2();

hr=sdata->AddItem(algorithms,&datasize);

_handle_result2();

3. contentInfo

contentInfo是被签名的原文内容。这里又是通用的ContentInfo类型，就不再贴类型定义了。如果contentInfo里的content不存在时，表明签名与正文分离，这也是实际应用中常用的方式。示例如下：

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> content; //原文

hr=content.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=content->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> ctncdata;

hr=ctncdata.CreateInstance();

_handle_result2();

//原文类型为数据内容（PKCS7 DATA），同时签名与正文分离，只储存原文类型

hr=ctncdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_PKCS_7_DATA));

_handle_result2();

hr=content->AddItem(ctncdata,&datasize);

_handle_result2();

hr=sdata->AddItem(content,&datasize);

_handle_result2();

4. certificates

certificates是签名使用的证书集合，它是可选的，定义如下。

ExtendedCertificatesAndCertificates ：=Set of ExtendedCertificateOrCertificate

Set of ExtendedCertificateOrCertificate

ExtendedCertificateOrCertificate ::= CHOICE {

certificate Certificate, -- X.509

extendedCertificate [0] IMPLICIT ExtendedCertificate

}

从定义可以看出，certificates的每一个元素是X.509证书或PKCS＃6扩展证书。示例里使用的是X509证书，这里通过调用CryptoAPI的CertCreateCertificateContext方法可以直接生成证书的ASN1编码内容，并赋值给certificate元素，而不需要再根据Certificate类型的定义一个个元素拼装了。示例代码如下。

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> certs; //签名所使用的证书

hr=certs.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=certs->put_Tag(TAG_OPT); //

_handle_result2();

hr=sdata->AddItem(certs,&datasize);

_handle_result2();

CMemoryLocator<BYTE> ml; // CMemoryLocator是用来处理数据的模板类

hr = ml.Base64Decode(CertStr); // CertStr是签名证书的BASE64值

CCertContext pCertContext = ::CertCreateCertificateContext(X509_ASN_ENCODING, ml, ml.GetSize()); //得到ASN1编码的证书内容

::memcpy(ml.GetBuffer(),pCertContext->pbCertEncoded,pCertContext->cbCertEncoded);

CComPtr<IStream> pStm;

hr=ml.get_IStream(&pStm); //得到证书ASN1编码的字节流

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> certsdata;

hr=certsdata.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=certsdata->Load(pStm); //加载字节流，得到DER编码数据

_handle_result2();

hr=certs->AddItem(certsdata,&datasize);

_handle_result2();

5. crls

crls是证书吊销列表（CRL）的集合，它也是可选的，其定义如下。所谓证书吊销列表就是由CA发布的、在它所发放证书中已经被吊销的证书的列表名单。通过CRL对比验证，我们可以确定证书是否被吊销。

CertificateRevocationLists：= Set of CertificateRevocationList

Set of CertificateRevocationList

CertificateRevocationList ::= CertificateList

CertificateList ::= SEQUENCE {

crlToSign CRLToSign,

algorithmIdentifier AlgorithmIdentifier,

signatureValue BIT STRING

}

在实际使用中，加入CRL验证是一件比较复杂的事情，故此处略去。

6. signerInfos

signerInfos是每个签名者信息的集合。它是最复杂也是最重要的部分，其定义如下：

SignerInfos：= Set of SignerInfo

Set of SignerInfo

SignerInfo ::= SEQUENCE {

version Version,

issuerAndSerialNumber IssuerAndSerialNumber,

digestAlgorithm DigestAlgorithmIdentifier,

authenticatedAttributes [0] IMPLICIT Attributes OPTIONAL,

digestEncryptionAlgorithm DigestEncryptionAlgorithmIdentifier,

encryptedDigest EncryptedDigest,

unauthenticatedAttributes [1] IMPLICIT Attributes OPTIONAL

}

示例代码如下，先创建集合signerinfos

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> signerinfos; //签名者信息

hr=signerinfos.CreateInstance();

hr=signerinfos->put_Tag(TAG_SET);

_handle_result2();

hr=sdata->AddItem(signerinfos,&datasize);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> signerdata;

hr=signerdata.CreateInstance();

_handle_result2();

hr=signerdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerinfos->AddItem(signerdata,&datasize); //单用户签名，signerinfos //只有一个元素signerdata

_handle_result2();

接下来为SignerInfo类型元素设置每个属性。

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> signerprop;

6.1 version

首先是版本号属性，也是固定为1.

hr=signerprop.CreateInstance(); //5.1 版本

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2();

hr=ver.Create(1); //设置为1

hr=signerprop->SetInteger(ver);

_handle_result2();

6.2 issuerAndSerialNumber

接下来是签名证书的签发者标识及序列号，定义如下。

IssuerAndSerialNumber ::= SEQUENCE {

issuer Name,

serialNumber CertificateSerialNumber

}

示例代码

hr=signerprop.CreateInstance(); //签名证书的签发者标识及序列号

hr=signerprop->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> propdata;

hr=propdata.CreateInstance();

LONG len=pCertContext->pCertInfo->Issuer.cbData;

if (!ml.Allocat(len))

return E_OUTOFMEMORY;

::memcpy(ml.GetBuffer(),pCertContext->pCertInfo->Issuer.pbData,len);//签发者标识

hr=ml.get_IStream(&pStm);

hr=propdata->Load(pStm);

_handle_result2();

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

hr=propdata.CreateInstance();

len=pCertContext->pCertInfo->SerialNumber.cbData;

eseals::CBigIntegerPtr sm;

hr=sm.Create(pCertContext->pCertInfo->SerialNumber.pbData,len,false,true);

hr=propdata->SetInteger(sm);

_handle_result2();

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

6.3 digestAlgorithm

第三个属性是摘要算法标识，这里要与digestAlgorithms里的某一元素一致。

hr=signerprop.CreateInstance(); //摘要算法标识

hr=signerprop->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2();

hr=propdata.CreateInstance();

//SM3算法

hr=propdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_SM3_Hash_Algorithm));

_handle_result2();

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

6.4 authenticatedAttributes

authenticatedAttributes可以被叫做用户认证属性集合元素，定义如下：

Attributes ::= SET OF Attribute

Attribute ::= SEQUENCE

{

type EncodedObjectID,

values AttributeSetValue

}

这个元素是可选的，但如果contentInfo的ContentType不是数据内容（PKCS7 DATA）类型时，这个元素必须有。如果这个元素存在，它至少得有两个子元素：原文类型属性和原文摘要属性。示例代码里设置了三个属性：原文类型属性、时间属性和原文摘要属性。

hr=signerprop.CreateInstance(); //用户认证属性

hr=signerprop->put_Tag(TAG_SET); //这时的signerprop对于要添加的属性数据来 //讲是集合，所以tag要先设置成TAG_SET

_handle_result2();

//------------------------------------------------------------------------

hr=propdata.CreateInstance(); //原文类型

hr=propdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> pdata;

hr=pdata.CreateInstance();

//属性标识为"原文类型"："1.2.840.113549.1.9.3"

hr=pdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_RSA_contentType));

hr=propdata->AddItem(pdata,&datasize);

CInnerObject<CDerValue,IDerValue> set;

hr=set.CreateInstance();

hr=set->put_Tag(TAG_SET);

hr=propdata->AddItem(set,&datasize);

_handle_result2();

hr=pdata.CreateInstance();

hr=pdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_PKCS_7_DATA)); //属性值PKCS7 DATA

_handle_result2();

hr=set->AddItem(pdata,&datasize);

_handle_result2();

//------------------------------------------------------------------------

hr=propdata.CreateInstance(); //签名时间

hr=propdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

hr=pdata.CreateInstance();

//属性标识为"签名时间"："1.2.840.113549.1.9.5"

hr=pdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_RSA_signingTime));

hr=propdata->AddItem(pdata,&datasize);

hr=set.CreateInstance();

hr=set->put_Tag(TAG_SET);

hr=propdata->AddItem(set,&datasize);

_handle_result2();

hr=pdata.CreateInstance();

SYSTEMTIME st;

::GetSystemTime(&st);

WCHAR time[MAX_PATH]=L"";

//ASN1_TIME格式

::_snwprintf(time,MAX_PATH,L"%02d%02d%02d%02d%02d%02d%s",(st.wYear%100),st.wMonth,st.wDay,st.wHour,st.wMinute,st.wSecond,L"Z");

BSTR bstime = ::SysAllocString(time);

hr=pdata->put_Time(bstime); //时间值

_handle_result2();

hr=set->AddItem(pdata,&datasize);

_handle_result2();

//------------------------------------------------------------------------

hr=propdata.CreateInstance(); //原文摘要

hr=propdata->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

_handle_result2();

hr=pdata.CreateInstance();

//属性标识为"原文摘要"："1.2.840.113549.1.9.4"

hr=pdata->put_ObjectIdentifier(CharToWchar(szOID_RSA_messageDigest));

hr=propdata->AddItem(pdata,&datasize);

hr=set.CreateInstance();

hr=set->put_Tag(TAG_SET);

hr=propdata->AddItem(set,&datasize);

_handle_result2();

hr=pdata.CreateInstance();

if (!ml.Allocat(ulDigestLen))

return E_OUTOFMEMORY;

::memcpy(ml.GetBuffer(),pbDigest,ulDigestLen); //原文摘要值，摘要值pbDigest //的计算过程没有列出

hr=ml.get_IStream(&pStm);

SAFEARRAY* parry;

hr=ml.get_SAFEARRAY(&parry);

hr=pdata->put_Tag(TAG_OCTETSTRING);

hr=pdata->put_Data(parry);

_handle_result2();

hr=set->AddItem(pdata,&datasize);

_handle_result2();

CMemoryLocator<BYTE> pbAuthedAttr; //将用户认证属性值保存到签名数据

hr=pbAuthedAttr.get_IStream(&pStm);

_handle_result2();

hr=signerprop->Save(pStm,FALSE);

_handle_result2();

hr=pbAuthedAttr.put_IStream(pStm);

_handle_result2();

hr=signerprop->put_Tag(TAG_OPT); //这时的signerprop对于要保存到SignerInfo //来讲是OPTIONAL，所以tag要设置成TAG_OPT

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2()

6.5 digestEncryptionAlgorithm

签名算法属性定义如下，与摘要算法一致。

DigestEncryptionAlgorithmIdentifier::= AlgorithmIdentifier

hr=signerprop.CreateInstance(); //签名算法

hr=signerprop->put_Tag(TAG_SEQUENCE);

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2();

hr=propdata.CreateInstance();

hr=propdata->put_ObjectIdentifier(_bstr_t(pCertContext->pCertInfo->SignatureAlgorithm.pszObjId)); //通过证书取得签名算法标识

_handle_result2();

hr=signerprop->AddItem(propdata,&datasize);

6.5 encryptedDigest

终于到了加密的摘要，也就是签名。定义如下

EncryptedDigest ::= OCTET STRING

根据PKCS#7标准，如果没有authenticatedAttributes元素，这里的摘要指原文的摘要；否则就是authenticatedAttributes的摘要，这也是authenticatedAttributes名称的由来。本示例包含代码属于后者。

CCryptoHandle hmHash(this->m_pDriverModule);

//摘要初始化

static const char*USER_ID="1234567812345678";

hr=skf::ParseErrorCode(this->m_pDriverModule->SKF_DigestInit(hDev,SGD_SM3,&eccPubKey,(BYTE*)USER_ID,strlen(USER_ID),&hmHash));

_handle_result2();

BYTE pbDigest2[32]={0};

//生成摘要

hr=skf::ParseErrorCode(this->m_pDriverModule->SKF_Digest(hmHash,pbAuthedAttr.GetBuffer(),pbAuthedAttr.GetSize(),pbDigest2,&ulDigestLen));

_handle_result2();

ECCSIGNATUREBLOB eccSignBlob;

//生成签名值

hr=skf::ParseErrorCode(this->m_pDriverModule->SKF_ECCSignData(hContainer,pbDigest2,ulDigestLen,&eccSignBlob));

_handle_result2();

这里的例子是用国密算法SKF库，所以如果对例子里的函数不了解没关系，只要知道过程即可。注意这里是对pbAuthedAttr计算摘要值。接下来根据国密标准将签名结果进行ASN.1编码

hr=signerprop.CreateInstance(); //签名值ASN.1编码

//根据国密标准进行转换

......

hr=signerdata->AddItem(signerprop,&datasize);

_handle_result2();

代码执行到这里，一开始创建的sig对象已经包含了完整的数字签名。但根据标准，还有一个unauthenticatedAttributes元素。

6.5 unauthenticatedAttributes

这个元素的定义与authenticatedAttributes一致，区别在于它不参与签名。所以一般用的很少。不过要注意，如果构造这个元素，它在SignerInfo里的tag值应该是TAG_OPT+1.

最后，生成的签名结构如下：