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XML报文数字签名开发流程总结

2017-04-26
编程

下载代码:https://github.com/woojean/demos/tree/master/php-xml-signature

概念

  • 《XML数字签名规范》
    W3C XML signature recommendation on 12 February 2002

  • 规范化XML 预处理XML文档以实现纯文本比较和数字签名。

  • C14N规范 Canonical XML，一种生成XML文档物理表示的标准方法。

  • 封内加签 元素成为被签名数据的子元素。

  • X.509标准 数字证书标准，一种非常通用的证书格式。一份X.509证书是一些标准字段的集合（含证书持有人的公钥信息及所使用的加密算法）。 常用文件扩展名：.cer、 .crt- 通常被用于二进制的DER文件格式(同于.der)，不过也被用于Base64编码的文件 (例如.pem).

  • SHA 安全哈希算法（Secure Hash Algorithm），主要适用于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。 经过权威机构证实，sha-1加密算法的不安全性越来越高，sha-1指纹造假成本越来越低，随即微软、谷歌等IT巨头相继发布弃用sha-1加密算法声明，第三方认证机构自2016年1月1日起，将全面停止签发sha-1算法的数字证书。这一切表明都表明从1995年诞生至今的SHA1算法将被sha-256所取代。

  • RSA 一种公钥加密算法（非对称加密算法）。命名取自3个开发者姓名的首字母。 RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。

  • 自签名的证书 数字证书由证书机构签发，证书机构通常需经权威认证机构注册认证。在企业应用中，也常用企业自身作为发证机构（未经过认证）签发数字证书，证书的使用范围也常是企业内部，这样的证书就是所谓的“自签名”的。

  • 公钥加密算法 非对称加密技术。私钥用于进行解密和签名。公钥用于加密和验证签名。

  • 消息摘要算法 单向函数或哈希函数，用于创建一个简短的固定长度，或可变长度的消息。可用于验证消息是否被篡改。

  • 数字签名 用于安全地发送消息摘要，主要使用私钥来加密消息摘要和其他信息，只有发送方知道私钥，因此只有发件人可以签名。签名包含一个唯一的序列号，这样可以保证发送方无法否认曾经发送过消息（因为只有他可以签名这条消息）。

  • 证书 用于发送方确保公钥的正确性，同样，接收方也需要核实用于签名该消息的私钥属于发送方。 证书的主要内容包括：公钥、真实身份识别信息（DN）、认证和签发的CA、有效期等。

  • DN Distinguished Name，用来提供对某个特定背景下的身份信息，由X.509标准定义。 主要的字段包括：CN（Common Name，证书颁发对象名称），O（Organization），OU（ Organizational Unit），L（ City/locality），ST（State/Province），C（Country）。

  • 认证中心（CA) 证书颁发机构，负责认证证书，即给证书进行签名，颁发证书的权威机构。

  • 证书链 CA机构有时也会为另外一家CA机构颁发证书。 当检查证书的时候，需要检查每一级证书的父亲证书，一直找到一个能信任的证书为止。

  • 根CA 每个证书需要发行者来声明证书拥有者身份的有效性，一直到最顶层CA。 最顶层CA没有发行者，证书采用一种“自签名”的方式，所以证书的发行者就是证书拥有者自己。 用户也可以创建自己的证书颁发机构。

  • 中级证书 具有继续颁发下级证书权限的子CA。

  • 应用证书 不能用来继续颁发下级证书，只能用来证明个体身份的证书。（证书没有-extensions v3_ca选项）

  • CSR证书申请文件 Cerificate Signing Request，证书申请者在申请数字证书时由CSP(加密服务提供者)在生成私钥的同时也生成证书请求文件，证书申请 者只要把CSR文件提交给证书颁发机构后，证书颁发机构使用其根证书私钥签名就生成了证书公钥文件，也就是颁发给用户的证书。

生成xml报文

待加密的XML内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<RootInfo>
  <NS:Item type="1" xmlns:NS="http://www.woojean.com/">
    <NS:id>01</NS:id>
    <name>woojean</name>
  </NS:Item>
</RootInfo>

生成该XML的PHP源码：

<?php
$xml = new XMLWriter();

//$xml->openUri("php://output");
$xml->openURI('test.xml');

$xml->setIndentString('  ');
$xml->setIndent(true);

$xml->startDocument('1.0', 'utf-8');

$xml->startElement("RootInfo");
$xml->startElementNS("NS","Item",'http://www.woojean.com/');
//添加属性
$xml->writeAttribute("type", "1");

$xml->startElementNS("NS","id",null);
$xml->text("01");
$xml->endElement();

$xml->startElement("name");
$xml->text("woojean");
$xml->endElement();

$xml->endElement();
$xml->endElement();
$xml->endDocument();

//header("Content-type: text/xml");
//echo $xml->outputMemory();

生成私钥、证书

准备目录

目录结构取决于/System/Library/OpenSSL/openssl.cnf的配置。

cd /Users/wujian/projects/demo/test
mkdir -p ./demoCA/private
mkdir -p ./demoCA/newcerts
touch ./demoCA/index.txt
echo 01 > ./demoCA/serial

生成自签名的顶级CA

# 生成顶级CA的公钥证书和私钥文件，有效期10年（RSA 1024bits，默认），会提示输入phrase、DN信息
openssl req -new -x509 -days 3650 -keyout CARoot.key -out CARoot.crt

# 为顶级CA的私钥文件去除保护口令（不想在运行过程中还要输入加密口令）
openssl rsa -in CARoot.key -out CARoot.key

生成中级证书与应用证书

# 为应用证书/中级证书生成私钥文件  
openssl genrsa -out app.key 2048

# 根据私钥文件，为应用证书/中级证书生成csr文件（证书请求文件）  
openssl req -new -key app.key -out app.csr

# 使用CA的私钥文件、公钥证书给csr文件签名，生成应用证书，有效期5年  
openssl ca -in app.csr -out app.crt -cert CARoot.crt -keyfile CARoot.key -days 1826 -policy policy_anything

提示：

Certificate is to be certified until Apr 27 06:46:15 2022 GMT (1826 days)
Sign the certificate? [y/n]:Y

1 out of 1 certificate requests certified, commit? [y/n]y
Write out database with 1 new entries
Data Base Updated

生成中级证书[本例用不到，这里备忘]

# 使用CA的公私钥文件给csr文件签名，生成中级证书，有效期5年  
openssl ca -extensions v3_ca -in app.csr -out app.crt -cert CARoot.crt -keyfile CARoot.key -days 1826 -policy policy_anything

生成.pem格式的证书

cat app.key >> app_private.pem
openssl rsa -in app.key -out app_private.pem 
openssl x509 -in app.crt -out app_public.pem -outform PEM

.cer/.crt是用于存放证书，它是2进制形式存放的，不含私钥。 .pem跟crt/cer的区别是它以Ascii来表示。

签名XML报文

准备前置数据

<?php
require_once '/Users/wujian/projects/demo/xmlseclibs/src/XMLSecEnc.php';
require_once '/Users/wujian/projects/demo/xmlseclibs/src/XMLSecurityDSig.php';
require_once '/Users/wujian/projects/demo/xmlseclibs/src/XMLSecurityKey.php';

use RobRichards\XMLSecLibs\XMLSecEnc;
use RobRichards\XMLSecLibs\XMLSecurityDSig;
use RobRichards\XMLSecLibs\XMLSecurityKey;

$privateKey = '/Users/wujian/projects/demo/test/app_private.pem';
$publicKey = '/Users/wujian/projects/demo/test/app_public.pem';
$dumpPath = '/Users/wujian/projects/demo/dump3.xml';

$xmlStr = '<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<RootInfo>
  <NS:Item type="3" xmlns:NS="http://www.woojean.com/">
    <NS:id>021</NS:id>
    <name>woojean</name>
  </NS:Item>
</RootInfo>';

签名

<?php
$doc = new DOMDocument();
$doc->loadXML($xmlStr);

$objDSig = new XMLSecurityDSig();
$objDSig->setCanonicalMethod(XMLSecurityDSig::EXC_C14N);
$objDSig->addReference(
    $doc,
    XMLSecurityDSig::SHA256,
    ['http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature']
);

$objKey = new XMLSecurityKey(XMLSecurityKey::RSA_SHA256, ['type' => 'private']);
$objKey->loadKey($privateKey, TRUE);
// $objKey->passphrase = '<passphrase>';  // 密码

$objDSig->sign($objKey);
$keyNameNode = $objDSig->sigNode->ownerDocument->createElementNS('http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#', 'ds:KeyName','my_public_key');
$objDSig->appendToKeyInfo($keyNameNode);
$objDSig->add509Cert(file_get_contents($publicKey));
$objDSig->appendSignature($doc->documentElement);

$doc->save($dumpPath);

签名后的报文

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<RootInfo>
  <NS:Item xmlns:NS="http://www.woojean.com/" type="3">
    <NS:id>021</NS:id>
    <name>woojean</name>
  </NS:Item>
<ds:Signature xmlns:ds="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#">
  <ds:SignedInfo><ds:CanonicalizationMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/10/xml-exc-c14n#"/>
    <ds:SignatureMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmldsig-more#rsa-sha256"/>
  <ds:Reference><ds:Transforms><ds:Transform Algorithm="http://www.w3.org/2000/09/xmldsig#enveloped-signature"/></ds:Transforms><ds:DigestMethod Algorithm="http://www.w3.org/2001/04/xmlenc#sha256"/><ds:DigestValue>73MIGt50pK6TaTWoCiehnuRHII2HgOgqjjnrmR0+PqA=</ds:DigestValue></ds:Reference></ds:SignedInfo><ds:SignatureValue>HPYP4AxYhsC6g25Cfd4hMrmPCJmfr+4jw34LAKay2fcU2MzNAItB6bQVrWNaWiQt5wr93ms+CCUF/Q0j5IMolSmJIO7R1NpEj1zpn+/2pqDPoiUNUJbJmZLZH3+dVPrSZqYcCQWz121gBpcjHpPvChLf4OI3+0Nu98BbLZF2XUMwBMUjAainK9QjyDFp13U97zRm50baigjE1rAcLxi1DuZPJljtPmwqPvhy2j7754ekbQUBVhfHe20AnkZs930Y48kOXoCGwq9pD6gsgRT1BA1+DsOlZKo13P/aakuuKoroJ+horPbC88tVU36KQ1aMkAVXdWwdecrfCF4/EEj8KA==</ds:SignatureValue>
<ds:KeyInfo><ds:KeyName>my_public_key</ds:KeyName><ds:X509Data><ds:X509Certificate>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</ds:X509Certificate></ds:X509Data></ds:KeyInfo></ds:Signature></RootInfo>

验证报文

<?php
$doc = new DOMDocument();
$doc->load($dumpPath);

$objXMLSecDSig = new XMLSecurityDSig();
$objDSig = $objXMLSecDSig->locateSignature($doc);
$objXMLSecDSig->canonicalizeSignedInfo();
$objKey = $objXMLSecDSig->locateKey();

XMLSecEnc::staticLocateKeyInfo($objKey, $objDSig);
$publicKey = $objKey->getX509Certificate();

$keyAlgorithm = $objKey->getAlgorith();

// Check signature
$ret = $objXMLSecDSig->verify($objKey);
if (1 !== $ret) {
    var_dump('wrong!');
    return FALSE;
}
else{
    var_dump('ok!');
}

// Check references (data)
try {
    $objXMLSecDSig->validateReference();
} catch (\Exception $e) {
    return FALSE;
}

输出

/Users/wujian/projects/demo/decrypt.php:37:string 'ok!' (length=3)

参考文档

上一篇 《AMQP 0-9-1 Model Explained》读书笔记

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