pkcs11-接口规范和一个实现框架

### PKCS#11接口规范和实现框架知识点详解 #### 一、PKCS#11简介及背景 PKCS#11（Public Key Cryptography Standards #11）是一种广泛采用的标准，它为智能卡和其他安全令牌提供了一套密码学操作接口。此标准由RSA实验室在2000年11月发布，旨在为开发人员提供一种统一的方法来访问各种不同的加密设备。PKCS#11 v2.11 Draft1文档详细地介绍了这一标准的核心概念和技术细节。 #### 二、PKCS#11的设计目标与范围 PKCS#11的设计主要围绕以下几个目标： 1. **互操作性**：确保不同的应用程序能够通过统一的API与多种类型的硬件令牌交互。 2. **安全性**：提供一套安全的操作流程，以防止敏感信息的泄露，并确保密码操作的安全执行。 3. **灵活性**：支持多种类型的加密算法和操作模式，以适应不同场景的需求。 该标准的范围覆盖了密码令牌接口的所有方面，包括但不限于： - 密码操作（如加密、解密、签名等）。 - 对象管理（如密钥、证书等）。 - 用户管理。 - 安全策略设置。 #### 三、通用模型 PKCS#11模型主要包括以下几个组成部分： - **应用程序**：调用PKCS#11 API来执行密码操作。 - **库**（Libraries）：包含一组函数，用于实现与特定硬件令牌的交互。 - **令牌**（Tokens）：存储密码材料和执行密码操作的实际物理设备。 #### 四、令牌的逻辑视图 令牌被抽象成一个逻辑实体，其中包含了各种对象（如密钥、证书等）。这些对象按照其类型和属性组织起来，形成了令牌的内部结构。 #### 五、用户与应用程序 在PKCS#11环境中，用户通过应用程序与令牌进行交互。用户可以是人类用户，也可以是自动化的系统或服务。应用程序通常通过建立会话来与令牌进行通信。 - **应用程序和进程**：每个应用程序可能运行在一个或多个进程中，每个进程可以建立自己的会话。 - **应用程序和线程**：在多线程环境下，每个线程可以独立地与令牌建立会话。 #### 六、会话管理 会话是应用程序与令牌之间进行通信的基本单位。每个会话都有其独特的状态和权限集，以确保安全性和隔离性。 - **只读会话状态**：适用于查看令牌信息而不进行任何修改的情况。 - **读/写会话状态**：允许对令牌进行修改操作。 - **会话容许的访问对象**：定义了会话可以访问哪些对象。 - **会话事件**：用于通知应用程序有关会话的重要事件。 - **会话句柄和对象句柄**：用于唯一标识会话和对象。 - **会话能力**：描述了会话能够执行的操作。 #### 七、二级身份验证 为了增加安全性，PKCS#11还支持二级身份验证机制。这通常涉及到额外的身份验证步骤，例如输入PIN码或其他形式的身份验证信息。 - **使用由二级身份验证保护的密钥**：某些密钥可能需要额外的身份验证才能使用。 - **生成由二级身份验证保护的私钥**：在生成私钥时，可以设置其是否需要二级身份验证。 - **改变二级身份验证PIN值**：允许用户更改PIN码。 - **二级身份验证PIN收集机制**：定义了如何从用户处获取PIN码。 #### 八、函数概述 PKCS#11定义了一系列函数，用于执行各种密码操作和管理任务。这些函数大致可以分为以下几类： - **初始化和清理**：如`C_Initialize()`、`C_Finalize()`。 - **会话管理**：如`C_OpenSession()`、`C_CloseSession()`。 - **对象管理**：如`C_CreateObject()`、`C_FindObjects()`。 - **密码操作**：如`C_Encrypt()`、`C_Sign()`。 - **机制管理**：如`C_GetMechanismInfo()`、`C_GetMechanismList()`。 #### 九、数据类型 PKCS#11定义了多种数据类型，用于表示不同的对象和操作结果。这些类型包括： - **版本信息**：如`CK_VERSION`。 - **令牌信息**：如`CK_TOKEN_INFO`。 - **会话信息**：如`CK_SESSION_INFO`。 - **对象信息**：如`CK_OBJECT_CLASS`。 - **属性**：如`CK_ATTRIBUTE`。 - **机制信息**：如`CK_MECHANISM_INFO`。 #### 十、对象管理 PKCS#11支持对不同类型对象的管理，包括但不限于： - **创建、修改和复制对象**：提供了创建新对象、修改现有对象属性以及复制对象的功能。 - **公共属性**：定义了一组所有对象都具有的基本属性。 - **硬件特征对象**：如时钟对象、单调计数器对象等。 - **存储器对象**：用于表示存储空间的对象。 - **数据对象**：存储非密钥数据的对象。 - **证书对象**：如X.509公钥证书、X.509属性证书等。 - **密钥对象**：包括公钥、私钥和保密密钥等。 - **具体密钥对象**：如RSA公钥、RSA私钥、ECDSA公钥/私钥等。 通过这些细致的分类和管理方式，PKCS#11为开发者提供了一个强大的工具箱，用于处理复杂的密码操作和管理需求。以上只是PKCS#11标准的一部分内容，深入了解并掌握该标准对于从事密码学应用开发的人来说是非常有价值的。