通过 .NET 对文件进行数字签名的标准化方法

Question

我正在构建一个用于分发由不同组织创建的包（.zip 存档）的系统。 我想要一种方法来验证包的发布者确实是他们声称的人，并且文件没有被篡改。

为了验证发布者，需要一个类似于网络浏览器所使用的系统 - 例如，我的应用程序联系根证书颁发机构，由其验证身份。 换句话说，“绿条”:)

我猜包创建会像这样工作：

1. 作者创建 zip 包
2. 作者散列包并签署散列
3. 它被重新打包，其中：
   • 包含签名哈希和公共证书的标头
   • 包含 zip 文件内容的正文

包打开的工作方式如下：

1. 获取数据主体
2. 使用相同的算法对其进行哈希
3. 处理 使用公共解密包的哈希值证书中的密钥
4. 比较两个哈希值 - 我们现在具有完整性
5. 联系根 CA 来验证身份

这样，我验证了身份，还验证了内容（内容本身不需要加密 - 目标是验证，不是隐私）。

所以我的问题是：

1. 以上是正确的处理方法吗？
2. 人们通常使用什么哈希算法？ 我认为这应该是单向的。 您会只选择一种（MD5、SHA1、SHA2？）还是支持多种并让软件包作者告诉您他们使用哪一种（例如，文档的标题包含哈希函数的名称）更正常。
3. 您如何与根 CA 合作？ 这是 X509Store 类的工作，还是涉及其他步骤？
4. 这里涉及到哪些证书呢？ 用于签署 .NET 程序集的同一种证书？ （代码签名证书？）

最后，如果组织没有付费证书并决定使用自行颁发的证书，我认为我仍然可以验证哈希值（为了数据完整性），而不必将东西安装到计算机的证书存储中或任何类似的魔法（在这些情况下，我只会显示：“由 XYZ Co. 发布（未经验证）”。这是正确的吗？

我发现了很多有关如何使用 X509 的链接和 RSACryptoServiceProvider，所以我可能可以弄清楚代码，我想我对这个过程更感兴趣，并且知道我正在使用正确的技术。

Answer 1

我尝试了 aku 的 System.IO.Packaging 建议，并且非常喜欢它，尽管让签名正常工作非常困难且不直观（无论如何，在我看来）。 以下是我采取的步骤，以防其他人需要这样做。

主要问题是文档只说“证书”，但我必须创建一个受密码保护的 PFX 才能使其工作。 两个有用的链接是：

1. MSDN：开放打包约定的数字签名框架
2. 创建自签名 PFX

正如第二个链接所示，您有两个选择用于创建 PFX。 您可以创建 .cer，安装它，然后使用 GUI 导出它，也可以下载 来自 Microsoft 的 pvkimport。

以下是我使用的命令（编辑：您可以使用 OpenSSL 来执行此操作 - 见底部）：

makecert -r -n "CN=Paul Stovell" -b 01/01/2000 -e 01/01/2099 -eku 1.3.6.1.5.5.7.3.3 -sv PaulStovell.pvk PaulStovell.cer
cert2spc PaulStovell.cer PaulStovell.spc
pvkimprt -pfx PaulStovell.spc PaulStovell.pvk

在最后一个命令中，会出现一个向导。 系统会询问您是否要导出私钥，这需要 PFX 受密码保护。 选择“是”。 然后下一页有一个复选框询问是否“导出所有扩展属性”，我也选择了“是”。

这将为您留下一个受密码保护的自签名 PFX 文件，您可以用它来签署文档和包。

以下是一些用于创建、签名和保存包，然后重新打开并验证它的代码。

private const string _digitalSignatureUri = "/package/services/digital-signature/_rels/origin.psdsor.rels";

static void Main(string[] args)
{
    var certificate = new X509Certificate2(@"T:\Sample\Input\PaulStovell.pfx", "password");
    using (var package = Package.Open("T:\\Sample\\MyPackage.zip", FileMode.Create, FileAccess.ReadWrite, FileShare.None))
    {
        CreatePart(package, @"/Files/File2.dll", @"T:\Sample\Input\File2.dll");
        CreatePart(package, @"/Files/File2.pdb", @"T:\Sample\Input\File2.pdb");
        CreatePart(package, @"/Files/File2.xml", @"T:\Sample\Input\File2.xml");
        package.PackageProperties.Creator = "Paul Stovell";
        package.PackageProperties.Title = "Paul Stovell's Package";
        package.PackageProperties.Description = "My First Package";
        package.PackageProperties.Identifier = "MyPackage";
        package.PackageProperties.Version = "1.0.0.0";

        // Sign the package
        var toSign = package.GetParts().Select(part => part.Uri).ToList();
        var uriPartSignatureOriginRelationship = PackUriHelper.CreatePartUri(new Uri(_digitalSignatureUri, UriKind.Relative));
        toSign.Add(uriPartSignatureOriginRelationship);

        var dsm = new PackageDigitalSignatureManager(package);
        dsm.CertificateOption = CertificateEmbeddingOption.InSignaturePart;
        dsm.Sign(toSign, certificate);

        package.Close();
    }

    Console.WriteLine("Package written");
    Console.WriteLine("Reading package");

    using (var package = Package.Open("T:\\Sample\\MyPackage.zip", FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read))
    {
        Console.WriteLine("  Package name: {0}", package.PackageProperties.Title);
        var dsm = new PackageDigitalSignatureManager(package);
        if (dsm.IsSigned)
        {
            var verificationResult = dsm.VerifySignatures(false);
            var signature = dsm.Signatures[0];
            Console.WriteLine("  Signed by: {0}", signature.Signer.Subject);
            Console.WriteLine("  Issued by: {0}", signature.Signer.Issuer);
            Console.WriteLine("  Verification: {0}", verificationResult);
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("  Not signed.");
        }
    }
    Console.ReadKey();
}

private static void CreatePart(Package package, string relativePath, string file)
{
    var packagePartUri = new Uri(relativePath, UriKind.Relative);
    var packagePart = package.CreatePart(packagePartUri, "part/" + Path.GetExtension(file));
    using (var fileContent = new FileStream(file, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read))
    {
        CopyStream(fileContent, packagePart.GetStream());
    }
}

private static void CopyStream(Stream source, Stream target)
{
    // It is .NET 3.5, surely this kind of thing has gotten easier by now?
    var bufferSize = 0x1000;
    var buf = new byte[bufferSize];
    int bytesRead = 0;
    while ((bytesRead = source.Read(buf, 0, bufferSize)) > 0)
    {
        target.Write(buf, 0, bytesRead);
    }
}

在我的机器上，输出是：

Package written
Reading package
  Package name: Paul Stovell's Package
  Signed by: CN=Paul Stovell
  Issued by: CN=Paul Stovell
  Verification: Success

最后一行很有趣。 它是 PackageDigitalSignatureManager.VerifySignatures() 的输出。 这表明该文件没有被篡改。 如果我在签名后更改或删除文件，它不再返回“成功”。

我将 .exe、示例文件和 .pfx 复制到新机器上并获得完全相同的输出，这似乎表明“验证”仅检查签名的作者，而不询问任何证书颁发机构。 我没有在测试机器上安装任何证书，它在自己的域上运行。

编辑：上面的代码仅验证文档本身，它不使用根 CA 机构验证证书。 为此，请使用以下命令：

当针对我的自签名证书调用时，此调用返回 false：

var verified = ((X509Certificate2) dsm.Signatures[0].Signer).Verify();

然后，我双击用于创建 .pfx 的 .cer，并将其安装到默认位置，使其成为受信任的证书颁发机构。 一旦完成，上面的调用将返回true。 因此，这似乎是验证签名者身份的正确方法。

编辑 2：有用的注释。 要查看并使用计算机上的证书，请执行以下操作：“

1. 开始”->“运行”并键入“mmc”
2. 在 MMC 窗口中，单击“文件”->“添加/删除管理单元...”
3. 单击“证书”、“添加”->“管理单元”。
4. 选择其中一个帐户
5. 点击“确定”

在我的例子中，当我双击上面的 .cer 进行安装时，它被放置在“受信任的根证书颁发机构”下的“当前用户”存储区下em> 文件夹。 然后您可以将其删除以撤消您的更改。

我的最终验证逻辑如下所示：

if (dsm.IsSigned)
{
    var verificationResult = dsm.VerifySignatures(false);
    var signature = dsm.Signatures[0];
    var trusted = ((X509Certificate2)dsm.Signatures[0].Signer).Verify();

    Console.WriteLine("  Signed by: {0}", signature.Signer.Subject);
    Console.WriteLine("  Issued by: {0}", signature.Signer.Issuer);
    Console.WriteLine("  Verified: {0}", verificationResult == VerifyResult.Success);
    Console.WriteLine("  Trusted: {0}", trusted);
}
else
{
    Console.WriteLine("  Not signed.");
}

始终验证它（除非我篡改内容），但仅当证书位于存储中时才受信任。

编辑3：我又阅读了一些内容。 PFX 文件实际上是 PKCS 12 文件，是 RSA 组规范的一部分。 创建它们的一种更简单的方法，而不是我上面展示的方法，是使用具有二进制文件的开源 OpenSSL 适用于 Windows。

安装 OpenSSL 后，创建公钥/私钥对文件。 我发现我必须以管理员身份运行下面的第二个命令，因此以管理员身份启动此命令可能是值得的。

openssl req -x509 -nodes -days 365 -newkey rsa:1024 -keyout PaulStovell.pem -out PaulStovell.cer

它将询问有关您和您的组织的大约 7 个附加问题来创建证书。 接下来，创建 PKCS 12。它将要求您输入密码：

openssl pkcs12 -export -out PaulStovell.pfx -in PaulStovell.pem -name "Paul Stovell"

出现提示时输入并重新输入密码。

此时，System.IO.Packaging 可以使用您的 PFX 并验证包签名，但它不会信任该证书。 要创建 .cer 证书，以便将其安装到受信任的证书颁发机构存储中，请执行以下操作：

openssl x509 -in PaulStovell.pem -out PaulStovell.cer

现在您可以双击该证书并安装它，它将被视为受信任的证书。

Answer 2

有一个标准 API 可以创建签名的 ZIP 包。

System.IO.Packaging 命名空间包含创建所需的类符合 OPS（开放打包规范）的 ZIP 包，具有​​数字签名< /a>.