使用存储在 HSM 中的密钥对 HLKX 包进行签名答案

【问题标题】：Sign HLKX package with key stored in HSM使用存储在 HSM 中的密钥对 HLKX 包进行签名
【发布时间】：2022-08-17 19:46:04
【问题描述】：

我需要使用存储在 HSM 中的证书/密钥对使用 Hardware Lab Kit 创建的 HLKX 包进行签名。我确实将证书作为文件保存，但它仅包含公钥，而私钥存储在 HSM 中，该 HSM 未连接到包需要登录的计算机。

使用此处代码示例中提供的 Sign 函数： https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/test/hlk/user/hlk-signing-with-an-hsm 我得到了例外： System.Security.Cryptography.CryptographicException: \'找不到选定的数字证书。\'

我认为这是因为它没有属于可用证书的私钥。有一些关于提供实际签名功能的 CSP dll 的模糊信息，但我可以找到有关其接口外观的任何信息 - 以及如何告诉系统该 CSP dll 负责哪些证书。此外，HSM 连接到 Hashicorp Vault 并且不直接使用。

如果使用 signtool.exe 对二进制文件进行签名，很容易在一次调用中创建摘要，然后在自定义代码中使用该摘要来获取签名并再次调用 signtool.exe 以实际添加签名。但是我不清楚在签署 HLKX 包时这是如何完成的。是否有任何（有用的）文档或代码示例说明如何实现这一目标？

标签： windows certificate driver signing hsm

【解决方案1】：

以下是签名的工作原理：

以某种方式获取二进制文件。例如，从源代码构建。可以是任何东西，但它的格式很重要。
计算二进制的哈希值
使用 RSA 等非对称算法计算哈希的数字签名。这一步需要什么直接访问私钥（不是公钥也不是持有它的证书）。
嵌入正确二进制格式的签名，通常还有二进制文件中的哈希和证书。
步骤 1 和 2 是众所周知的。第 3 步和第 4 步变得复杂。

如果您的私钥在 HSM 中，只有 HSM 可以执行第 3 步: 对哈希签名。

Hashicorp Vault（企业版）连接到 HSM 的事实并没有帮助，因为 Vault 不提供可以执行第 4 步的秘密引擎。Vault 不知道如何在 HLK 二进制文件中插入签名。更糟糕的是，截至 2022 年 7 月，Vault 不提供使用存储在 HSM 中的私钥对任意散列进行签名的方法。

长话短说：您不能将 Vault 用于您的用例。

由于只有 HSM 可以访问私钥，因此 HSM 将执行实际签名。它永远不会泄露私钥，只会将结果返回给调用者。无论什么叫做 HSM 都必须在包中插入签名，尊重格式。

使用signtool.exe 是不可能的，因为它不支持Open Packaging Conventions standard。但它会帮助您调试配置。

我会将问题分解为以下步骤：

使 HSM 与 Windows 一起工作。

阅读您的 HSM 供应商文档，以便安装并配置您的 HSM 的 DLL 以作为第一类 Windows 加密服务提供程序工作。它可以是插入工作站的智能卡或联网的 HSM（通过专有协议，请注意您和它之间的防火墙）。

在您的证书存储中导入您的签名证书

使用 The Hardware Lab Kit 对您的 .hlkx 包进行签名，您必须选择“使用证书存储”选项。 “证书文件”选项意味着您拥有私钥，但您没有。 HSM 拥有它，它永远不会导出它。

因此，要使该选项起作用，证书必须在您的证书存储中。检查您的供应商文档以确保您导入证书的方式告诉证书存储私钥由 HSM 持有。

一些示例让您提供证书文件，但我怀疑它只是提取其哈希并在证书存储中查找它。

测试你的配置

此时，您需要一名裁判。当您的代码中的一个讨厌的错误是真正的罪魁祸首时，您不想调试您的 HSM 配置。因此，运行 signtool 来签署任何旧的二进制文件。如果您愿意，可以签名notepad.exe：
```
copy %windir%\system32\notepad.exe .\my-notepad.exe
signtool sign /f certificate.cer /csp "Hardware Cryptography Module" my-notepad.exe
```
将 Hardware Cryptography Module 替换为 HSM 的 CSP 名称。请检查您的供应商文档。

运行代码

有一个示例 C# 程序将使用 HSM 进行签名。您必须提供 CSP 的名称，它与您在使用 signtool.exe 进行测试时提供的名称相同。

【讨论】：

感谢您提供信息，但正如我在问题中暗示的那样，在系统上使用 HSM（即使用 HSM CSP dll）是不可能的。由于评论太长，让我在单独的帖子中详细说明架构。
我们拥有连接到 Hashicorp Vault 服务器的 HSM 硬件，该服务器要求用户（通过 Azure 令牌）登录到特定角色，Vault 使用该角色来确定是否允许用户使用 HSM 中的某个密钥。我们有一个处理与 Vault 通信的 Go 应用程序，因此，我可以将哈希传递给与 Vault 通信并返回签名的应用程序。对 HSM 进行签名的实际调用是在 Vault 服务器上完成的（在插件中）。
例如，签署可执行文件是使用 signtool.exe 完成的，分三个步骤（步骤 1 中的证书仅作为文件提供）： 1. signtool.exe sign /dg <my_directory> /f <my_cert> ... 2. 使用自定义将步骤 1 中的摘要发送到 Vault 服务器并对其进行签名的工具 3. signtool.exe sign /di <my_directory> <file_with_signature> 无法直接使用 HSM，因为签名中不应该存在对 HSM 的登录工作站（因此 Hashicorp Vault 服务器是“签名提供者”）。
听起来（缺少使用 HSM CSP dll 的选项）我需要以指向自定义 CSP dll（它将与 Vault 服务器进行签名）的方式将证书导入区域设置证书存储。但是我找不到有关如何将某个证书映射到自定义 CSP dll 以及该 dll 应该提供什么样的接口的信息。对一个名为 AuthenticodeDigestSign 的函数有一些模糊的引用，它可能需要导出，但即便如此，我也找不到有关提供哪种参数或它应该返回什么的信息。
重新...有关如何将某个证书映射到自定义 CSP dll 的信息... >> 请参阅 certutil“repairstore”选项。在 HSM 中生成密钥，使用普通工具发布 CSR，对该 CSR 进行签名，将证书导入签名主机，确保供应商的 CSP dll 可用，然后“修复存储”证书。该工具读取证书，查找 CSP，然后验证 CSP 是否有权访问参考私钥。

【解决方案2】：

为了使用此处描述的 PackageDigitalSignatureManager 方法： https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/test/hlk/user/hlk-signing-with-an-hsm 需要解决两个先决条件：

需要创建和注册加密服务提供程序 dll
需要将证书导入证书存储并链接到提供程序。
关于1：有一个示例项目（在 C++ 中创建一个提供程序 dll 和一个处理 dll 注册/注销的命令行可执行文件）。要以这种方式进行注册，DLL 必须存在于 Windows\System 文件夹中。源示例可以在这里找到： https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=30688

关于2：我找到了一种将证书与提供者链接的方法，并在我的另一个问题中发布了 C# 代码： How to link KSP DLL to Certificate

评论：这样做适用于从 Hardware Lab Kit 软件中对 hlkx 文件进行签名，或者通过使用 PackageDigitalSignatureManager 类手动签名，如上面链接的示例中所述。对我来说，在使用 Microsoft 的 signtool.exe 签署可执行文件时尝试使用证书时，它（还）不起作用。它总是抱怨证书的私钥不可用，尽管商店中的证书也声明私钥可用。但是当我专注于 hlkx 签名时，我还没有研究这个问题。

【讨论】：

使 HSM 与 Windows 一起工作。

在您的证书存储中导入您的签名证书

测试你的配置

运行代码