BCCSP密码算法套件解析

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2023-12-01

什幺是BCCSP

BCCSP全称是区块链密码服务提供者，用来提供区块链相关的算法标准和他们的实现。

bccsp.go

// BCCSP is the blockchain cryptographic service provider that offers
// the implementation of cryptographic standards and algorithms.
type BCCSP interface {
    // KeyGen generates a key using opts.
    KeyGen(opts KeyGenOpts) (k Key, err error)
    // KeyDeriv derives a key from k using opts.
    // The opts argument should be appropriate for the primitive used.
    KeyDeriv(k Key, opts KeyDerivOpts) (dk Key, err error)
    // KeyImport imports a key from its raw representation using opts.
    // The opts argument should be appropriate for the primitive used.
    KeyImport(raw interface{}, opts KeyImportOpts) (k Key, err error)
    // GetKey returns the key this CSP associates to
    // the Subject Key Identifier ski.
    GetKey(ski []byte) (k Key, err error)
    // Hash hashes messages msg using options opts.
    // If opts is nil, the default hash function will be used.
    Hash(msg []byte, opts HashOpts) (hash []byte, err error)
    // GetHash returns and instance of hash.Hash using options opts.
    // If opts is nil, the default hash function will be returned.
    GetHash(opts HashOpts) (h hash.Hash, err error)
    // Sign signs digest using key k.
    // The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
    //
    // Note that when a signature of a hash of a larger message is needed,
    // the caller is responsible for hashing the larger message and passing
    // the hash (as digest).
    Sign(k Key, digest []byte, opts SignerOpts) (signature []byte, err error)
    // Verify verifies signature against key k and digest
    // The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
    Verify(k Key, signature, digest []byte, opts SignerOpts) (valid bool, err error)
    // Encrypt encrypts plaintext using key k.
    // The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
    Encrypt(k Key, plaintext []byte, opts EncrypterOpts) (ciphertext []byte, err error)
    // Decrypt decrypts ciphertext using key k.
    // The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
    Decrypt(k Key, ciphertext []byte, opts DecrypterOpts) (plaintext []byte, err error)
}

代码译注

秘钥生命周期管理

GenKey - 产生秘钥
DeriveKey -派生秘钥
GetKey - 获取秘钥
ImportKey - 导入秘钥

签名验签操作

Sign -签名
Verify -验签

加解密操作

Encrypt - 加密操作
Decrypt - 解密操作

Hyperledger Fabric中BCCSP的整合方式

BCCSP密码算法套件解析 - 图1

框图译注

BCCSP Factory 主要提供3种BCCSP实现。

软件实现 Software BCCSP
基于PKCS11的硬件实现 HSM BCCSP (PKCS11）
测试用的空实现 Null BCCSP (testing)

BCCSP通过Membership Service（成员服务提供者）给相关核心功能和客户端SDK提供加密算法相关的服务。
相关核心功能集中在core中，包括共识模块，背书模块等。

BCCSP设计目标

可插拔
- 在不改变核心代码的情况下，可以使用多种加密实现方式
提供多种CSP
- 可以添加多种CSP，比如不同的硬件实现
- 允许在不同的模块上面使用不同的CSP
支持国际标准
- 通过新的CSP来做支持
- 不需要对不同标准之间的互通做保证

BCCSP秘钥

bccsp.go

// Key represents a cryptographic key
type Key interface {
    // Bytes converts this key to its byte representation,
    // if this operation is allowed.
    Bytes() ([]byte, error)
    // SKI returns the subject key identifier of this key.
    SKI() []byte
    // Symmetric returns true if this key is a symmetric key,
    // false is this key is asymmetric
    Symmetric() bool
    // Private returns true if this key is a private key,
    // false otherwise.
    Private() bool
    // PublicKey returns the corresponding public key part of an asymmetric public/private key pair.
    // This method returns an error in symmetric key schemes.
    PublicKey() (Key, error)
}

KEY描述了密码相关的秘钥，秘钥可以是对称的或者非对称的。

如果是非对称的，那幺秘钥还分为公钥和私钥两种

如果是私钥的话，它还可以通过PublicKey()来获取对应的公钥

秘钥可以通过Subject Key Identifier (GetSKI)来索引。

秘钥生命周期

为了进行密码相关的操作，需要产生相应的秘钥（译注：并且维护相应的秘钥状态，比如存储，索引）

bccsp.go

 GenKey(opts GenKeyOpts) (k Key, err error)

bccsp.go

// KeyGenOpts contains options for key-generation with a CSP.
type KeyGenOpts interface {
    // Algorithm returns the key generation algorithm identifier (to be used).
    Algorithm() string
    // Ephemeral returns true if the key to generate has to be ephemeral,
    // false otherwise.
    Ephemeral() bool
}

GenKey可以通过不同的opts来控制，产生不同种类的秘钥

对于开发者来说，至少需要为指定生成秘钥的算法和是否是短期秘钥。如果是长期秘钥的话，则需要通过SKI来完成存储和索引

短期秘钥的话，如果没有地方再引用了，会自动被销毁。

值得注意的是，除了这两个方法，其他任何的参数，你都可以在实现此接口GenKeyOpts的时候加上。

有时需要通过已有的秘钥派生新的秘钥

bccsp.go

DeriveKey(k Key, opts DeriveKeyOpts) (dk Key, err error)

bccsp.go

// KeyDerivOpts contains options for key-derivation with a CSP.
type KeyDerivOpts interface {
    // Algorithm returns the key derivation algorithm identifier (to be used).
    Algorithm() string
    // Ephemeral returns true if the key to derived has to be ephemeral,
    // false otherwise.
    Ephemeral() bool
}

DeriveKey允许从已有秘钥派生一组新的秘钥（比如通过HMAC或者重新随机生成）。通过适当的opts可以选择不同的派生方法。

同GenKey，对于开发者来说，至少需要为指定生成秘钥的算法和是否是短期秘钥。如果是长期秘钥的话，则需要通过SKI来完成存储和索引。

同GenKey，值得注意的是，除了这两个方法，其他任何的参数，你都可以在实现此接口DeriveKeyOpts的时候加上。

签名验签能力

bccsp.go

// Sign signs digest using key k.
// The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
//
// Note that when a signature of a hash of a larger message is needed,
// the caller is responsible for hashing the larger message and passing
// the hash (as digest).
Sign(k Key, digest []byte, opts SignerOpts) (signature []byte, err error)
// Verify verifies signature against key k and digest
// The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
Verify(k Key, signature, digest []byte, opts SignerOpts) (valid bool, err error)

bccsp.go

// SignerOpts contains options for signing with a CSP.
type SignerOpts interface{}

BCCSP通过Sign，Verify提供签名验签。

通过秘钥的种类来决定签名验签的算法，比如传入ECDSA的秘钥就使用ECDSA的签名算法。

其他任何的参数，你都可以在实现此接口SignerOpts的时候加上。

加解密能力

bccsp.go

// Encrypt encrypts plaintext using key k.
// The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
Encrypt(k Key, plaintext []byte, opts EncrypterOpts) (ciphertext []byte, err error)
// Decrypt decrypts ciphertext using key k.
// The opts argument should be appropriate for the algorithm used.
Decrypt(k Key, ciphertext []byte, opts DecrypterOpts) (plaintext []byte, err error)

bccsp.go

// EncrypterOpts contains options for encrypting with a CSP.
type EncrypterOpts interface{}
// DecrypterOpts contains options for decrypting with a CSP.
type DecrypterOpts interface{}

BCCSP通过Encrypt，Decrypt提供加密/解密。

通过不同种类的秘钥类型和opts来决定使用的加密算法（译注：这和签名验签不同，这里会使用opts来决定使用的模式）。
举个栗子，如果秘钥是AES的，那幺opts就会用来决定操作的模式。

可以在实现EncrypterOpts/ DecrypterOpts的时候添加任何你想要定制的参数。(译注：这里原文注释有错误，写成了SignerOpts)

摘要能力译者增加表述

(原文由于版本原因，没有列出hash)

bccsp.go

// Hash hashes messages msg using options opts.
// If opts is nil, the default hash function will be used.
Hash(msg []byte, opts HashOpts) (hash []byte, err error)
// GetHash returns and instance of hash.Hash using options opts.
// If opts is nil, the default hash function will be returned.
GetHash(opts HashOpts) (h hash.Hash, err error)

bccsp.go

// HashOpts contains options for hashing with a CSP.
type HashOpts interface {
    // Algorithm returns the hash algorithm identifier (to be used).
    Algorithm() string
}

BCCSP通过Hash来提供摘要能力

不同种类的hash算法可以通过不同的opts来获取（比如md5或者SHA256）

BCCSP密码算法套件解析

什幺是BCCSP

Hyperledger Fabric中BCCSP的整合方式

BCCSP设计目标

BCCSP秘钥

秘钥生命周期

签名验签能力

加解密能力

摘要能力 译者增加表述

摘要能力译者增加表述