使用USB证书进行Java加密（智能卡）

我正在编写一个Java程序，它使用USB证书（智能卡）进行加密和签名。我有一个共享库（.dll在Windows上，.so在Linux上），它为硬件实现了PKCS11

我正在搜索现有的解决方案，并找到了该指南建议使用sun.security.pkcs11.SunPKCS11提供程序的以下指南

但是，我在sun.security.pkcs11包中遇到了一些主要问题。我设法使签名生效，但无法进行加密/解密。我在搜索时发现，开发人员不应该使用“sun”软件包

现在，我想知道应该用什么来代替sun.security.pkcs11

我有一个工作C++代码（使用NSS库来处理硬件）。我发现，NSS库正在使用C_WrapKey和C_UnwrapKey进行加密

下面的代码可能应该使用C_WrapKey和C_UnwrapKey进行加密，但我可以在.so库的日志中看到java代码调用C_DecryptInit，但由于某种原因失败（C_DecryptInit（）Init操作失败）

注意：两者（Cipher.PUBLIC_KEY/Cipher.PRIVATE_KEY和Cipher.WRAP_MODE/Cipher.UNWRAP_MODE）都适用于软证书。该代码仅适用于Java 1.7（Windows机器上的32位Java）的硬证书

堆栈跟踪：

Exception in thread "main" java.security.InvalidKeyException: init() failed
        at sun.security.pkcs11.P11RSACipher.implInit(P11RSACipher.java:239)
        at sun.security.pkcs11.P11RSACipher.engineUnwrap(P11RSACipher.java:479)
        at javax.crypto.Cipher.unwrap(Cipher.java:2510)
        at gem_test.Test.decryptDocument(Test.java:129)
        at gem_test.Test.main(Test.java:81)
Caused by: sun.security.pkcs11.wrapper.PKCS11Exception: CKR_KEY_FUNCTION_NOT_PERMITTED
        at sun.security.pkcs11.wrapper.PKCS11.C_DecryptInit(Native Method)
        at sun.security.pkcs11.P11RSACipher.initialize(P11RSACipher.java:304)
        at sun.security.pkcs11.P11RSACipher.implInit(P11RSACipher.java:237)
        ... 4 more

代码：

---

我认为解决方法很简单，就是使用

加密

而不是

包装

和

解密

而不是

展开

要了解原因，重要的是查看

WRAP

和

UNWRAP

的作用。基本上，它们只执行

加密

和

解密

，但它们只返回一个密钥。现在，如果您在软件中执行此操作，那么除了不需要使用

SecretKeySpec

或

SecretKeyFactory

从解密数据重新生成密钥之外，没有什么区别

但是，如果在硬件上执行该操作，则生成的密钥通常会保留在硬件设备（或令牌）上。如果您拥有一个HSM，这当然很好：它可以生成一个（特定于会话的）密钥并返回一个句柄。但在智能卡上，这通常是不可能的。即使是这样：你也不想把所有的信息都发送到智能卡，让它进行加密

此外，如果使用Java，则无法直接控制包装或展开调用的PKCS#11输入参数

---

因此，请尝试

加密

和

解密

，然后在软件中重新生成密钥

或者，您可以使用开源IAIK包装库复制PKCS#11包装和展开调用；模仿C的功能。但这与需要

Cipher

类的调用不兼容

---

---

请注意，

RSA

in-Sun providers在所有可能性中都意味着

RSA/ECB/PKCS1Padding

。如果您需要一个不同的RSA算法，那么您应该使用算法字符串进行实验；这也可能是您所面临的问题：您使用了错误的算法。

我认为解决方案只是使用

加密

，而不是

包装

，

解密

，而不是

展开

要了解原因，重要的是查看

WRAP

和

UNWRAP

的作用。基本上，它们只执行

加密

和

解密

，但它们只返回一个密钥。现在，如果您在软件中执行此操作，那么除了不需要使用

SecretKeySpec

或

SecretKeyFactory

从解密数据重新生成密钥之外，没有什么区别

但是，如果在硬件上执行该操作，则生成的密钥通常会保留在硬件设备（或令牌）上。如果您拥有一个HSM，这当然很好：它可以生成一个（特定于会话的）密钥并返回一个句柄。但在智能卡上，这通常是不可能的。即使是这样：你也不想把所有的信息都发送到智能卡，让它进行加密

此外，如果使用Java，则无法直接控制包装或展开调用的PKCS#11输入参数

---

因此，请尝试

加密

和

解密

，然后在软件中重新生成密钥

或者，您可以使用开源IAIK包装库复制PKCS#11包装和展开调用；模仿C的功能。但这与需要

Cipher

类的调用不兼容

---

---

请注意，

RSA

in-Sun providers在所有可能性中都意味着

RSA/ECB/PKCS1Padding

。如果您需要一个不同的RSA算法，那么您应该使用算法字符串进行实验；这也可能是您面临的问题：您使用了错误的算法。

最后，我们使用此解决方案解决了使用智能卡从Java 8生成/验证签名和加密/解密的问题。它可以在Linux和Windows上使用64位Java

我们还没有设法修复包裹/展开部分。我相信可以用

java.lang.instrument

修复这个bug，但是我们决定替换所有智能卡，以便它们支持“数据加密”

修补JDK 8 SunPKCS11提供程序错误的代码：

String pkcsConf = (
    "name = \"Personal\"\n" +
    String.format("library = \"%s\"\n", hardCertLib) +
    String.format("slot = %d\n", slotId)
);

SunPKCS11 provider = new SunPKCS11(new ByteArrayInputStream(pkcsConf.getBytes()));
tryFixingPKCS11ProviderBug(provider);

....


/**
 * This a fix for PKCS11 bug in JDK8. This method prefetches the mech info from the driver.
 * @param provider
 */
public static void tryFixingPKCS11ProviderBug(SunPKCS11 provider) {
    try {
        Field tokenField = SunPKCS11.class.getDeclaredField("token");
        tokenField.setAccessible(true);
        Object token = tokenField.get(provider);

        Field mechInfoMapField = token.getClass().getDeclaredField("mechInfoMap");
        mechInfoMapField.setAccessible(true);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Map<Long, CK_MECHANISM_INFO> mechInfoMap = (Map<Long, CK_MECHANISM_INFO>) mechInfoMapField.get(token);
        mechInfoMap.put(PKCS11Constants.CKM_SHA1_RSA_PKCS, new CK_MECHANISM_INFO(1024, 2048, 0));
    } catch(Exception e) {
        logger.info(String.format("Method tryFixingPKCS11ProviderBug failed with '%s'", e.getMessage()));
    }
}

字符串pkcsConf=(
“名称=\”个人\“\n”+
格式（“库=\%s\”\n，hardCertLib）+
格式（“插槽=%d\n”，插槽ID）
);
SunPKCS11 provider=newsunpkcs11（newbytearrayinputstream（pkcsConf.getBytes（））；
tryFixingPKCS11ProviderBug（提供者）；
....
/**
*这是对JDK8中PKCS11错误的修复。此方法从驾驶员处预取机械信息。
*@param提供程序
*/
公共静态无效tryFixingPKCS11ProviderBug（SunPKCS11提供程序）{
试一试{
字段tokenField=SunPKCS11.class.getDeclaredField（“令牌”）；
tokenField.setAccessible（true）；
对象令牌=tokenField.get（提供者）；
场信息映射
String pkcsConf = (
    "name = \"Personal\"\n" +
    String.format("library = \"%s\"\n", hardCertLib) +
    String.format("slot = %d\n", slotId)
);

SunPKCS11 provider = new SunPKCS11(new ByteArrayInputStream(pkcsConf.getBytes()));
tryFixingPKCS11ProviderBug(provider);

....


/**
 * This a fix for PKCS11 bug in JDK8. This method prefetches the mech info from the driver.
 * @param provider
 */
public static void tryFixingPKCS11ProviderBug(SunPKCS11 provider) {
    try {
        Field tokenField = SunPKCS11.class.getDeclaredField("token");
        tokenField.setAccessible(true);
        Object token = tokenField.get(provider);

        Field mechInfoMapField = token.getClass().getDeclaredField("mechInfoMap");
        mechInfoMapField.setAccessible(true);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Map<Long, CK_MECHANISM_INFO> mechInfoMap = (Map<Long, CK_MECHANISM_INFO>) mechInfoMapField.get(token);
        mechInfoMap.put(PKCS11Constants.CKM_SHA1_RSA_PKCS, new CK_MECHANISM_INFO(1024, 2048, 0));
    } catch(Exception e) {
        logger.info(String.format("Method tryFixingPKCS11ProviderBug failed with '%s'", e.getMessage()));
    }
}