iOS使用Security.framework进行RSA 加密解密签名和验证签名

iOS 上 Security.framework为我们提供了安全方面相关的api；

Security框架提供的RSA在iOS上使用的一些小结

支持的RSA keySize 大小有：512，768，1024，2048位
支持的RSA 填充方式有三种：NOPadding,PKCS1,OAEP 三种方式，填充方式影响最大分组加密数据块的大小
签名使用的填充方式PKCS1, 支持的签名算法有 sha1,sha256,sha224,sha384,sha512
Nopadding填充最大数据块为下面接口 SecKeyGetBlockSize 大小;
PKCS1 填充方式最大数据为 SecKeyGetBlockSize大小减去11
OAEP 填充方式最大数据为 SecKeyGetBlockSize 大小减去 42
RSA加密解密签名，适合小块的数据处理，大量数量需要处理分组逻辑；密码学中推荐使用对称加密进行数据加密，使用RSA来加密对称密钥
iOS10,以及mac 10.12中新增加了几个接口，以下测试用的是老接口，支持iOS2.0+

在这里说明一下RSA 相关的接口使用和示例；

1. 主要接口有

/*!//生成密钥对*/
OSStatus SecKeyGeneratePair(CFDictionaryRef parameters, SecKeyRef * _Nullable CF_RETURNS_RETAINED publicKey,SecKeyRef * _Nullable CF_RETURNS_RETAINED privateKey) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//加密
OSStatus SecKeyEncrypt(SecKeyRef           key,SecPadding          padding,const uint8_t        *plainText,size_t              plainTextLen,uint8_t             *cipherText,size_t              *cipherTextLen)__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//解密
OSStatus SecKeyDecrypt(SecKeyRef           key,                /* Private key */SecPadding          padding,            /* kSecPaddingNone,kSecPaddingPKCS1,kSecPaddingOAEP */const uint8_t       *cipherText,size_t              cipherTextLen,        /* length of cipherText */uint8_t             *plainText,    size_t              *plainTextLen)        /* IN/OUT */__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//签名
OSStatus SecKeyRawSign(SecKeyRef           key,SecPadding          padding,const uint8_t       *dataToSign,size_t              dataToSignLen,uint8_t             *sig,size_t              *sigLen)__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//验证签名
OSStatus SecKeyRawVerify(SecKeyRef           key,SecPadding          padding,const uint8_t       *signedData,size_t              signedDataLen,const uint8_t       *sig,size_t              sigLen)__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);//分组加密的数据块大小
size_t SecKeyGetBlockSize(SecKeyRef key)__OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

2. 首先生成RSA密钥对，生成1024位，即是 128字节

#define kRSA_KEY_SIZE 1024@interface ViewController : UIViewController
{SecKeyRef publicKeyRef; //公钥SecKeyRef privateKeyRef;//私钥
}//生成RSA密钥对，公钥和私钥，支持的SIZE有
// sizes for RSA keys are: 512, 768, 1024, 2048.
- (void)generateRSAKeyPair:(int )keySize
{OSStatus ret = 0;publicKeyRef = NULL;privateKeyRef = NULL;ret = SecKeyGeneratePair((CFDictionaryRef)@{(id)kSecAttrKeyType:(id)kSecAttrKeyTypeRSA,(id)kSecAttrKeySizeInBits:@(keySize)}, &publicKeyRef, &privateKeyRef);NSAssert(ret==errSecSuccess, @"密钥对生成失败：%d",ret);NSLog(@"%@",publicKeyRef);NSLog(@"%@",privateKeyRef);NSLog(@"max size:%lu",SecKeyGetBlockSize(privateKeyRef));}

3. 使用上面生成的密钥对进行加密解密测试

//公钥加密私钥密钥测试
/** 三种填充方式区别kSecPaddingNone      = 0,   要加密的数据块大小<＝SecKeyGetBlockSize的大小，如这里128kSecPaddingPKCS1     = 1,   要加密的数据块大小<=128-11kSecPaddingOAEP      = 2,   要加密的数据块大小<=128-42密码学中的设计原则，一般用RSA来加密 对称密钥，用对称密钥加密大量的数据非对称加密速度慢，对称加密速度快*/
- (void)testRSAEncryptAndDecrypt
{[self generateRSAKeyPair:kRSA_KEY_SIZE];NSData *srcData = [@"0123456789" dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];NSLog(@"%@",srcData);uint8_t encData[kRSA_KEY_SIZE/8] = {0};uint8_t decData[kRSA_KEY_SIZE/8] = {0};size_t blockSize = kRSA_KEY_SIZE / 8 ;OSStatus ret;ret = SecKeyEncrypt(publicKeyRef, kSecPaddingNone, srcData.bytes, srcData.length, encData, &blockSize);NSAssert(ret==errSecSuccess, @"加密失败");ret = SecKeyDecrypt(privateKeyRef, kSecPaddingNone, encData, blockSize, decData, &blockSize);NSAssert(ret==errSecSuccess, @"解密失败");NSData *dedData = [NSData dataWithBytes:decData length:blockSize];NSLog(@"dec:%@",dedData);if (memcmp(srcData.bytes, dedData.bytes, srcData.length)==0) {NSLog(@"PASS");}
}

4. 使用公钥密钥进行数据签名和验证签名

对数据签名：首先对原始数据进行hash计算，可以得到数据的hash值；然后对hash值进行签名；

- (void)testSignAndVerify
{[self generateRSAKeyPair:kRSA_KEY_SIZE];NSString *tpath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"src.txt" ofType:nil];NSData *ttDt = [NSData dataWithContentsOfFile:tpath];　　//使用了下面封装的hash接口NSData *sha1dg = [ttDt hashDataWith:CCDIGEST_SHA1];OSStatus ret;//私钥签名，公钥验证签名size_t siglen = SecKeyGetBlockSize(privateKeyRef);uint8_t *sig = malloc(siglen);bzero(sig, siglen);ret = SecKeyRawSign(privateKeyRef, kSecPaddingPKCS1SHA256, sha1dg.bytes, sha1dg.length, sig, &siglen);NSAssert(ret==errSecSuccess, @"签名失败");ret = SecKeyRawVerify(publicKeyRef, kSecPaddingPKCS1SHA256, sha1dg.bytes, sha1dg.length,sig, siglen);NSAssert(ret==errSecSuccess, @"验证签名失败");if (ret==errSecSuccess) {NSLog(@"SIGN VERIFY PASS");}
}

5. 另外 iOS上 CommonCrypto/CommonDigest.h 中提供了密码学中常用的hash算法

如下我封装了一个NSData的分类，可以在签名中直接使用

支持的hash算法有 md2,md4,md5,sha1,sha224,sha256,sha384,sha512

//
//  NSData+KKHASH.h
//  SecurityiOS
//
//  Created by cocoa on 16/12/15.
//  Copyright © 2016年 dev.keke@gmail.com. All rights reserved.
//

#import <Foundation/Foundation.h>typedef enum : NSUInteger {//md2 16字节长度CCDIGEST_MD2 = 1000,//md4 16字节长度
    CCDIGEST_MD4,//md5 16字节长度
    CCDIGEST_MD5,//sha1 20字节长度
    CCDIGEST_SHA1,//SHA224 28字节长度
    CCDIGEST_SHA224,//SHA256 32字节长度
    CCDIGEST_SHA256,//SHA384 48字节长度
    CCDIGEST_SHA384,//SHA512 64字节长度
    CCDIGEST_SHA512,
} CCDIGESTAlgorithm;@interface NSData (KKHASH)/**计算数据的hash值，根据不同的算法*/
- (NSData *)hashDataWith:(CCDIGESTAlgorithm )ccAlgorithm;/**返回 hex string的 data*/
- (NSString *)hexString;@end

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//
//  NSData+KKHASH.m
//  SecurityiOS
//
//  Created by cocoa on 16/12/15.
//  Copyright © 2016年 dev.keke@gmail.com. All rights reserved.
//

#import "NSData+KKHASH.h"
#include <CommonCrypto/CommonDigest.h>@implementation NSData (KKHASH)
- (NSData *)hashDataWith:(CCDIGESTAlgorithm )ccAlgorithm
{NSData *retData = nil;if (self.length <1) {return nil;}unsigned char *md;switch (ccAlgorithm) {case CCDIGEST_MD2:{md = malloc(CC_MD2_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_MD2_DIGEST_LENGTH);CC_MD2(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD2_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_MD4:{md = malloc(CC_MD4_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_MD4_DIGEST_LENGTH);CC_MD4(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD4_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_MD5:{md = malloc(CC_MD5_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_MD5_DIGEST_LENGTH);CC_MD5(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_MD5_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_SHA1:{md = malloc(CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_SHA1_DIGEST_LENGTH);CC_SHA1(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA1_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_SHA224:{md = malloc(CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_SHA224_DIGEST_LENGTH);CC_SHA224(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA224_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_SHA256:{md = malloc(CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_SHA256_DIGEST_LENGTH);CC_SHA256(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_SHA384:{md = malloc(CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_SHA384_DIGEST_LENGTH);CC_SHA384(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA384_DIGEST_LENGTH];}break;case CCDIGEST_SHA512:{md = malloc(CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);bzero(md, CC_SHA512_DIGEST_LENGTH);CC_SHA512(self.bytes, (CC_LONG)self.length, md);retData = [NSData dataWithBytes:md length:CC_SHA512_DIGEST_LENGTH];}break;default:md = malloc(1);break;}free(md);md = NULL;return retData;}- (NSString *)hexString
{NSMutableString *result = nil;if (self.length <1) {return nil;}result = [[NSMutableString alloc] initWithCapacity:self.length * 2];for (size_t i = 0; i < self.length; i++) {[result appendFormat:@"%02x", ((const uint8_t *) self.bytes)[i]];}return result;
}@end

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6. 另外如果密钥由服务器生成，可以生成p12文件，来在ios上调用接口导入开发

OSStatus SecPKCS12Import(CFDataRef pkcs12_data, CFDictionaryRef options,CFArrayRef * __nonnull CF_RETURNS_RETAINED items) __OSX_AVAILABLE_STARTING(__MAC_10_6, __IPHONE_2_0);

7. 另外为了配合验证，可以用openssl 命令对数据进行RSA加密解密

    //使用公钥加密 1024位密钥 ,128字节//openssl rsautl  -encrypt -out pubenc.txt  -in src.txt  -inkey public.pem -pubin//使用私钥解密//openssl rsautl -decrypt -in pubenc.txt -inkey private.pem -out pridec.txt

总结：

另外RSA密钥，私钥保存在手机上是不安全的；

一般在非越狱的手机上，我们可以把生成的SecKeyRef 保存在 keychain中；

但是在越狱的手机上，也是不安全的，因为可以导出keychain中的所有数据；

没有绝对的安全，根据业务场景来实际开发吧

封装工具：https://github.com/cocoajin/Security-iOS

参考：

https://developer.apple.com/library/content/documentation/Security/Conceptual/cryptoservices/CryptographyConcepts/CryptographyConcepts.html#//apple_ref/doc/uid/TP40011172-CH8-SW1

https://developer.apple.com/library/content/samplecode/CryptoExercise/Introduction/Intro.html#//apple_ref/doc/uid/DTS40008019

https://developer.apple.com/library/content/samplecode/CryptoCompatibility/Introduction/Intro.html#//apple_ref/doc/uid/DTS40013654

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