iOS使用Security.framework进行RSA 加密解密签名和验证签名-白红宇

iOS使用Security.framework进行RSA 加密解密签名和验证签名

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发布时间：2019-06-27

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iOS 上 Security.framework为我们提供了安全方面相关的api；

Security框架提供的RSA在iOS上使用的一些小结

支持的RSA keySize 大小有：512，768，1024，2048位

支持的RSA 填充方式有三种：NOPadding,PKCS1,OAEP 三种方式，填充方式影响最大分组加密数据块的大小

签名使用的填充方式PKCS1, 支持的签名算法有 sha1,sha256,sha224,sha384,sha512

Nopadding填充最大数据块为下面接口 SecKeyGetBlockSize 大小;

PKCS1 填充方式最大数据为 SecKeyGetBlockSize大小减去11

OAEP 填充方式最大数据为 SecKeyGetBlockSize 大小减去 42

RSA加密解密签名，适合小块的数据处理，大量数量需要处理分组逻辑；密码学中推荐使用对称加密进行数据加密，使用RSA来加密对称密钥

iOS10,以及mac 10.12中新增加了几个接口，以下测试用的是老接口，支持iOS2.0+

在这里说明一下RSA 相关的接口使用和示例；

1. 主要接口有

/*!    //生成密钥对*/OSStatus SecKeyGeneratePair(CFDictionaryRef parameters, SecKeyRef * _Nullable CF_RETURNS_RETAINED publicKey,    SecKeyRef * _Nullable CF_RETURNS_RETAINED privateKey) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//加密OSStatus SecKeyEncrypt(    SecKeyRef           key,    SecPadding          padding,    const uint8_t        *plainText,    size_t              plainTextLen,    uint8_t             *cipherText,    size_t              *cipherTextLen)    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//解密OSStatus SecKeyDecrypt(    SecKeyRef           key,                /* Private key */    SecPadding          padding,            /* kSecPaddingNone,                                               kSecPaddingPKCS1,                                               kSecPaddingOAEP */    const uint8_t       *cipherText,    size_t              cipherTextLen,        /* length of cipherText */    uint8_t             *plainText,        size_t              *plainTextLen)        /* IN/OUT */    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//签名OSStatus SecKeyRawSign(    SecKeyRef           key,    SecPadding          padding,    const uint8_t       *dataToSign,    size_t              dataToSignLen,    uint8_t             *sig,    size_t              *sigLen)    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//验证签名OSStatus SecKeyRawVerify(    SecKeyRef           key,    SecPadding          padding,    const uint8_t       *signedData,    size_t              signedDataLen,    const uint8_t       *sig,    size_t              sigLen)    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//分组加密的数据块大小size_t SecKeyGetBlockSize(SecKeyRef key)    __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

2. 首先生成RSA密钥对，生成1024位，即是 128字节

#define kRSA_KEY_SIZE 1024@interface ViewController : UIViewController{    SecKeyRef publicKeyRef; //公钥    SecKeyRef privateKeyRef;//私钥}//生成RSA密钥对，公钥和私钥，支持的SIZE有// sizes for RSA keys are: 512, 768, 1024, 2048.- (void)generateRSAKeyPair:(int )keySize{        OSStatus ret = 0;    publicKeyRef = NULL;    privateKeyRef = NULL;    ret = SecKeyGeneratePair((CFDictionaryRef)@{(id)kSecAttrKeyType:(id)kSecAttrKeyTypeRSA,(id)kSecAttrKeySizeInBits:@(keySize)}, &publicKeyRef, &privateKeyRef);    NSAssert(ret==errSecSuccess, @"密钥对生成失败：%d",ret);        NSLog(@"%@",publicKeyRef);    NSLog(@"%@",privateKeyRef);    NSLog(@"max size:%lu",SecKeyGetBlockSize(privateKeyRef));    }

3. 使用上面生成的密钥对进行加密解密测试

//公钥加密私钥密钥测试/** 三种填充方式区别 kSecPaddingNone      = 0,   要加密的数据块大小<＝SecKeyGetBlockSize的大小，如这里128 kSecPaddingPKCS1     = 1,   要加密的数据块大小<=128-11 kSecPaddingOAEP      = 2,   要加密的数据块大小<=128-42  密码学中的设计原则，一般用RSA来加密 对称密钥，用对称密钥加密大量的数据  非对称加密速度慢，对称加密速度快 */- (void)testRSAEncryptAndDecrypt{    [self generateRSAKeyPair:kRSA_KEY_SIZE];    NSData *srcData = [@"0123456789" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];    NSLog(@"%@",srcData);    uint8_t encData[kRSA_KEY_SIZE/8] = {
   0};    uint8_t decData[kRSA_KEY_SIZE/8] = {
   0};    size_t blockSize = kRSA_KEY_SIZE / 8 ;    OSStatus ret;            ret = SecKeyEncrypt(publicKeyRef, kSecPaddingNone, srcData.bytes, srcData.length, encData, &blockSize);    NSAssert(ret==errSecSuccess, @"加密失败");            ret = SecKeyDecrypt(privateKeyRef, kSecPaddingNone, encData, blockSize, decData, &blockSize);    NSAssert(ret==errSecSuccess, @"解密失败");        NSData *dedData = [NSData dataWithBytes:decData length:blockSize];    NSLog(@"dec:%@",dedData);    if (memcmp(srcData.bytes, dedData.bytes, srcData.length)==0) {        NSLog(@"PASS");    }}

4. 使用公钥密钥进行数据签名和验证签名

对数据签名：首先对原始数据进行hash计算，可以得到数据的hash值；然后对hash值进行签名；

- (void)testSignAndVerify{    [self generateRSAKeyPair:kRSA_KEY_SIZE];        NSString *tpath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"src.txt" ofType:nil];    NSData *ttDt = [NSData dataWithContentsOfFile:tpath]; 　　//使用了下面封装的hash接口    NSData *sha1dg = [ttDt hashDataWith:CCDIGEST_SHA1];        OSStatus ret;            //私钥签名，公钥验证签名    size_t siglen = SecKeyGetBlockSize(privateKeyRef);    uint8_t *sig = malloc(siglen);    bzero(sig, siglen);    ret = SecKeyRawSign(privateKeyRef, kSecPaddingPKCS1SHA256, sha1dg.bytes, sha1dg.length, sig, &siglen);    NSAssert(ret==errSecSuccess, @"签名失败");            ret = SecKeyRawVerify(publicKeyRef, kSecPaddingPKCS1SHA256, sha1dg.bytes, sha1dg.length,sig, siglen);    NSAssert(ret==errSecSuccess, @"验证签名失败");        if (ret==errSecSuccess) {        NSLog(@"SIGN VERIFY PASS");    }}

5. 另外 iOS上 CommonCrypto/CommonDigest.h 中提供了密码学中常用的hash算法

如下我封装了一个NSData的分类，可以在签名中直接使用

支持的hash算法有 md2,md4,md5,sha1,sha224,sha256,sha384,sha512

////  NSData+KKHASH.h//  SecurityiOS////  Created by cocoa on 16/12/15.//  Copyright © 2016年 dev.keke@gmail.com. All rights reserved.//#import 
      
       typedef enum : NSUInteger {    //md2 16字节长度    CCDIGEST_MD2 = 1000,    //md4 16字节长度    CCDIGEST_MD4,    //md5 16字节长度    CCDIGEST_MD5,    //sha1 20字节长度    CCDIGEST_SHA1,    //SHA224 28字节长度    CCDIGEST_SHA224,    //SHA256 32字节长度    CCDIGEST_SHA256,    //SHA384 48字节长度    CCDIGEST_SHA384,    //SHA512 64字节长度    CCDIGEST_SHA512,} CCDIGESTAlgorithm;@interface NSData (KKHASH)/**    计算数据的hash值，根据不同的算法 */- (NSData *)hashDataWith:(CCDIGESTAlgorithm )ccAlgorithm;/**    返回 hex string的 data */- (NSString *)hexString;@end

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////  NSData+KKHASH.m//  SecurityiOS////  Created by cocoa on 16/12/15.//  Copyright © 2016年 dev.keke@gmail.com. All rights reserved.//#import "NSData+KKHASH.h"#include 
      
       @implementation NSData (KKHASH)- (NSData *)hashDataWith:(CCDIGESTAlgorithm )ccAlgorithm{    NSData *retData = nil;    if (self.length <1) {        return nil;    }        unsigned char *md;        switch (ccAlgorithm) {        case CCDIGEST_MD2:        {            md = malloc(CC_MD2_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_MD2_DIGEST_LENGTH);            CC_MD2(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD2_DIGEST_LENGTH];        }            break;        case CCDIGEST_MD4:        {            md = malloc(CC_MD4_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_MD4_DIGEST_LENGTH);            CC_MD4(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD4_DIGEST_LENGTH];        }            break;        case CCDIGEST_MD5:        {            md = malloc(CC_MD5_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_MD5_DIGEST_LENGTH);            CC_MD5(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];        }            break;        case CCDIGEST_SHA1:        {            md = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);            CC_SHA1(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA1_DIGEST_LENGTH];                    }            break;        case CCDIGEST_SHA224:        {            md = malloc(CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);            CC_SHA224(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA224_DIGEST_LENGTH];                    }            break;        case CCDIGEST_SHA256:        {            md = malloc(CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);            CC_SHA256(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];                    }            break;        case CCDIGEST_SHA384:        {            md = malloc(CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);            CC_SHA384(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA384_DIGEST_LENGTH];                    }            break;        case CCDIGEST_SHA512:        {            md = malloc(CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);            bzero(md, CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);            CC_SHA512(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);            retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA512_DIGEST_LENGTH];                    }            break;                    default:            md = malloc(1);            break;    }        free(md);    md = NULL;        return retData;    }- (NSString *)hexString{    NSMutableString *result = nil;    if (self.length <1) {        return nil;    }    result = [[NSMutableString alloc] initWithCapacity:self.length * 2];    for (size_t i = 0; i < self.length; i++) {        [result appendFormat:@"%02x", ((const uint8_t *) self.bytes)[i]];    }    return result;}@end

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6. 另外如果密钥由服务器生成，可以生成p12文件，来在ios上调用接口导入开发

OSStatus SecPKCS12Import(CFDataRef pkcs12_data, CFDictionaryRef options,    CFArrayRef * __nonnull CF_RETURNS_RETAINED items) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_2_0);

7. 另外为了配合验证，可以用openssl 命令对数据进行RSA加密解密

//使用公钥加密 1024位密钥 ,128字节    //openssl rsautl  -encrypt -out pubenc.txt  -in src.txt  -inkey public.pem -pubin        //使用私钥解密    //openssl rsautl -decrypt -in pubenc.txt -inkey private.pem -out pridec.txt

总结：

另外RSA密钥，私钥保存在手机上是不安全的；

一般在非越狱的手机上，我们可以把生成的SecKeyRef 保存在 keychain中；

但是在越狱的手机上，也是不安全的，因为可以导出keychain中的所有数据；

没有绝对的安全，根据业务场景来实际开发吧

封装工具：

参考：

https://developer.apple.com/library/content/samplecode/CryptoExercise/Introduction/Intro.html#//apple_ref/doc/uid/DTS40008019

https://developer.apple.com/library/content/samplecode/CryptoCompatibility/Introduction/Intro.html#//apple_ref/doc/uid/DTS40013654

转载地址：http://otjpl.baihongyu.com/

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