PKI Research #4 - Digital Signature

這篇預定要來研究數位簽章。

數位簽章的方式跟加解密剛好是反過來的，加解密使用公鑰加密，使用私鑰解密；數位簽章卻是使用私鑰簽章，使用公鑰驗證。

加解密的對象是明文檔案內容，而數位簽章的對象則是明文檔案內容經過雜湊後的值。常用的有 MD5 跟 SHA-1，聽說這兩個都有被碰撞破解的個案，所以使用 SHA256 (SHA-2 家族)。

.NET Fraamework 的 System.Security.Cryptography 命名空間實作不少相關雜湊，我直接寫成以下方法：

public static byte[] useSHA256(byte[] data){
    SHA256 sha = new SHA256Managed();
    return sha.ComputeHash(data);
}

流程圖一張：
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Digital_Signature_diagram.svg

先從簽章實作。第一件事就是將文章進行 Hash，我使用上面寫好的 SHA256 方法來製造。然後要將此 Hash 以私鑰加密，因為 X509Certificate2 不能直接支援 RSA Private Key PEM 檔 (範例中使用 DER 格式方便 RFID Tag 儲存)，所以我使用 Bouncy Castle C# 來進行私鑰的讀取，並用來加密 Hash 產生數位簽章 (稱為 Hash')。

另一邊進行驗證。驗證也需要將文章進行 Hash，以便跟數位簽章比對。一樣使用 SHA256 產生 Hash。然後將數位簽章使用 .crt 憑證內存的公鑰解密 (得到 Hash')，結果拿來跟 Hash 比對。如果完全正確 (Hash' = Hash) 表示文章沒有經過竄改，而且也能確定簽章者正是本人。但是 X509Certificate2 不能直接拿公鑰進行解密 (Decrypt)，而是提供另一個驗證 (VerifyHash) 方法供呼叫，我也搞不懂為什麼不行。

public static byte[] signature(byte[] data){
    byte[] hash = useSHA256(data);
    try{
        var seq = (Asn1Sequence) Asn1Object.FromStream(File.OpenRead(@"B:\OpenSSL\1-der.key"));
        var rsa = new RsaPrivateKeyStructure(seq);
        var privSpec = new RsaPrivateCrtKeyParameters(
            rsa.Modulus, rsa.PublicExponent, rsa.PrivateExponent,
            rsa.Prime1, rsa.Prime2, rsa.Exponent1, rsa.Exponent2,
            rsa.Coefficient
        );

        var encryptEngine = new Pkcs1Encoding(new RsaEngine());
        encryptEngine.Init(true, privSpec);
        return encryptEngine.ProcessBlock(hash, 0, hash.Length); // Digital Signature
    }catch(Exception e){
        throw new IOException("problem creating private key: " + e.ToString());
    }
}


public static bool verify(byte[] message, byte[] sig){
    byte[] hash = useSHA256(message);

    var crt = new X509Certificate2(@"B:\OpenSSL\1.crt"); // Read X509 Certificate file
    var rsa = (RSACryptoServiceProvider) crt.PublicKey.Key; // Get public key

    return rsa.VerifyHash(hash, "SHA256", sig);
}