实验一-密码引擎-3-加密API研究

## 一、任务概览

密码引擎API的主要标准和规范包括：
1 微软的Crypto API
2 RAS公司的PKCS#11标准
3 中国商用密码标准：GMT 0016-2012 智能密码钥匙密码应用接口规范，GMT 0018-2012密码设备应用接口规范等

研究以上API接口，总结他们的异同，并以龙脉GM3000Key为例，写出调用不同接口的代码，提交博客链接和代码链接。
内容：
0 查找各种标准的原始文档，研究学习（至少包含Crypto API,PKCS#11,GMT 0016-2012,GMT 0018-2012）（5分）
1 总结这些API在编程中的使用方式（5分）
2 列出这些API包含的函数，进行分类，并总结它们的异同（10分）
3 以龙脉GM3000Key为例，写出调用不同接口的代码（Crypto API,PKCS#11，SKF接口），把运行截图加入博客，并提供代码链接（10分）

## 二、密码引擎API标准

### 2.1 微软Crypto API

官方文档链接：1

Crypto API在实际应用中的一个重要应用场景是证书管理。数字证书是一种数字标识，用于验证某个实体的身份和完整性，并确保通信安全。证书通常由权威机构（如CA）颁发，并包含有关证书持有人的信息和公钥。

Crypto API允许应用程序管理和应用数字证书，包括证书的存储、访问和验证等。下面介绍一些证书管理的常见操作：

1. **证书存储**：应用程序可以使用Crypto API将数字证书存储在安全存储设备中（如智能卡或加密机）。这可以确保证书不会被盗或泄露，并提高操作员对证书的保管效率。

2. **证书访问**：应用程序可以使用Crypto API访问存储在安全存储设备中的数字证书，并将其用于加密/解密和数字签名/验证等操作。

3. **证书验证**：Crypto API提供了证书验证功能，可确保证书的有效性和真实性。应用程序可以使用Crypto API验证证书的签名和证书链中的证书序列。

4. **证书信任**：Crypto API提供了一种用于创建和管理证书信任列表的机制。证书信任列表是应用程序用于验证证书真实性的集合，它包含受信任的CA和吊销信息等。

上述例子仅仅是Crypto API的部分应用场景，该API广泛应用于电子邮件、通信、存储和电子商务等领域，以实现数据安全和保护。

#### API 函数概述

Crypto API包含多个函数，这些函数用于各种加密和解密操作、证书处理、消息处理等。下面是几个常见的函数概述：

1. **CryptAcquireContext**：这个函数用来获取加密服务提供者的上下文句柄。它是Crypto API中与加密服务提供者建立连接的第一步。一旦获取了服务提供者的上下文句柄，应用程序就可以使用各种加密和解密功能。

2. **CryptCreateHash**：这个函数用来创建哈希对象的句柄。哈希函数是将任意长度的数据映射到固定长度的数据的函数，也称为摘要函数。哈希值是不可逆的，可以用来验证数据完整性。

3. **CryptHashData**：这个函数用来将数据添加到哈希对象中。应用程序可以多次调用此函数，以对更大的数据块进行哈希。

4. **CryptDeriveKey**：这个函数用来生成一个已导出的密钥。它基于从密码和随机数派生的密钥数据，生成一个密钥句柄。

5. **CryptImportKey**：这个函数用来导入一个另外一个程序为其生成的密钥。应用程序可以使用此功能将密钥从一个程序导出并导入到另一个程序中。

6. **CryptEncrypt**：这个函数用来对数据进行对称加密。应用程序可以使用此函数将数据加密，以确保数据在传输或存储过程中的安全性。

7. **CryptDecrypt**：这个函数用来对数据进行对称解密。应用程序使用此函数对加密的数据进行解密，从而获得原始数据。

8. **CryptVerifySignature**：这个函数用来验证数字签名。数字签名用于验证数据的发送者以及数据在传输或存储过程中是否被篡改或更改。

上述这些函数仅仅是Crypto API中的一部分，根据不同的场景和需求，API会提供更加丰富的功能和调用接口。

#### 开发示例

以下是一个使用Crypto API进行数据加密和数字签名的简化示例：

1. **选择加密服务提供者**：首先，选择合适的加密服务提供者并建立上下文。
2. **密钥生成**：生成加密所需的密钥。
3. **数据加密**：使用生成的密钥对数据进行加密。
4. **生成数字签名**：对数据生成数字签名，以便接收方验证数据的完整性和来源。

#### 结论

总之，微软的Crypto API是一个极其重要的安全框架，为Windows平台上的应用程序提供了强大的加密和安全功能支持。通过该API，开发者可以轻松地实现数据加密、数字签名、身份验证和证书管理等重要安全功能，确保数据的机密性、完整性和安全性。因此，应用程序开发者可以充分利用Crypto API，为用户构建安全可靠的应用程序，从而提高数据和通信的保密性和安全性。

### 2.2 RAS公司PKCS#11标准

官方文档链接：1

PKCS#11标准提供了一个统一的编程接口，使得应用程序能够独立于底层加密设备进行开发，从而简化了加密设备的复杂性并允许应用程序轻松更换不同的加密设备。它位于上层应用和底层安全设备之间，基于PKCS#11标准接口开发的应用程序可以与各类安全设备进行交互。
PKCS#11是一种标准化的编程接口，旨在简化加密设备的复杂性。它与底层加密设备之间构建了一个桥梁，使得应用程序可以独立于底层硬件进行开发。使用PKCS#11，开发者可以轻松地集成不同类型的加密设备，从而实现各种各样的安全功能。

PKCS#11由三个关键组件组成，包括主API库、TokenDLL库和安全密码设备。主API库为应用程序提供PKCS#11接口，而TokenDLL库则负责与指定硬件设备进行通信。安全密码设备不仅提供安全服务资源，还能够实施具体的安全功能支持。

PKCS#11中有三个核心概念：槽、对象和访问权限。槽代表一个密码设备对象，并在PKCS#11模型中起到关键作用。对象可以是持久存储对象或会话对象，它们对应着不同的访问权限。公开对象可以被任何用户访问，而私有对象只能在身份验证后被访问。

PKCS#11 API函数用于实现密钥管理、会话管理、加密/解密操作和数字签名/验证等操作。这些函数根据功能进行分类，包括会话管理函数、对象管理函数、加密/解密函数、签名/验证函数和密钥管理函数。开发者可以根据实际需求选择不同的函数来构建自己的安全应用程序。

#### PKCS#11 API函数

PKCS#11标准定义了一系列API函数，这些函数支持密钥管理、会话管理、加密/解密操作、数字签名和验证等功能。函数按照功能分类，大致可以划分为以下几类：

- **会话管理函数**：创建和管理与加密设备的会话。
- **对象管理函数**：创建、修改和删除密钥和其他加密对象。
- **加密和解密函数**：用于数据的加密和解密操作。
- **签名和验证函数**：生成和验证数字签名。
- **密钥管理函数**：包括密钥生成、导入和导出等操作。

### 2.3 中国商用密码标准

官方文档链接：1
官方文档链接：2

#### 标准概述

GMT 0016-2012 规定了智能密码钥匙在密码应用中的接口标准，这包括了加密操作、签名验证、密钥管理等功能的实现规范。标准的制定旨在统一智能密码钥匙的技术要求，保障产品的兼容性和安全性，适用于各类智能密码钥匙的研制与应用。

#### 标准特点

- **通用性**：适用于各种基于PKI体系的智能密码钥匙产品。
- **规范性**：明确了接口的函数、参数等技术要求，确保了操作的标准化。
- **安全性**：对设备的安全性提出了具体要求，保障密码操作的安全可靠。

#### 主要内容

- 接口规范：定义了智能密码钥匙或密码设备在密码应用过程中所需的接口和函数，包括设备管理、用户身份验证、密钥管理、加密解密、数字签名等基本功能的接口规范。
- 规范性引用文件：明确了本标准所依赖的其他国家标准和技术规范，以便在具体实施过程中遵循标准体系的完整性和一致性。
- 应用结构：描述了智能密码钥匙或密码设备在密码应用中的工作模式和层次结构，为开发提供了框架指导，使得应用符合统一标准化的要求，并确保产品的兼容性和安全性。

#### GMT 0016-2012智能密码钥匙密码应用接口规范

GMT 0016-2012是一份智能密码钥匙密码应用接口规范的标准。该标准定义了智能密码钥匙在密码应用过程中所需的接口和函数。它包括设备管理、用户认证、密钥管理和密码服务等方面的API函数。设备管理系列函数用于初始化设备并获取设备信息，用户认证系列函数包括用户登录和登出操作，密钥管理系列函数用于生成、导入、导出和删除密钥，密码服务系列函数提供数据加密、解密、数字签名和验证等密码操作。该标准的目的是为了统一智能密码钥匙的技术要求，确保产品的兼容性和安全性，适用于各类智能密码钥匙的研制与应用。

GMT 0018-2012密码设备应用接口规范

GMT 0018-2012是一份密码设备应用接口规范标准，主要为基于公钥密码体系的服务类密码设备提供基础密码服务。该标准定义了应用接口和函数，包括设备管理类函数、密钥管理类函数、加密和解密函数、签名和验证函数等。设备管理类函数包括打开和关闭设备、创建和关闭会话等，密钥管理类函数包括密钥生成、导出公钥、导入会话密钥等。加密和解密函数用于执行加密和解密操作，签名和验证函数用于生成和验证数字签名。使用这些API函数，可以实现密码设备的初始化、用户认证、密钥生成、导入导出、加密、解密、数字签名和验签等操作。GMT 0018-2012的制定旨在为服务类密码设备的研制与应用提供标准化的接口，以确保设备的兼容性和安全性。

密钥管理类函数

应用示例

标准中详细描述了智能密码钥匙在实际应用中的使用方式，包括但不限于：

- **设备管理**：如设备初始化、用户认证等操作。
- **密钥管理**：包括密钥生成、导入导出、使用权限管理等。
- **密码服务**：实现数据的加密、解密、数字签名和验签等密码操作。

异同点：

标准的适用范围不同：微软的Crypto API和RAS公司的PKCS#11标准是针对各种类型的密码设备，更具通用性； GMT 0016-2012和GMT 0018-2012分别针对智能密码钥匙和特定类型的密码设备，更加具体化。
标准制定机构不同：微软和RAS公司都是私营企业，由它们自己定义和实现标准； GMT 0016-2012和GMT 0018-2012由中国国家密码管理局制定，是政府部门发布的标准。
兼容性和普适性不同： PKCS#11标准具有较强的兼容性和普适性，可用于各种类型的密码设备和不同的操作系统； GMT 0016-2012和GMT 0018-2012更加专注于特定类型的密码设备，可能缺乏跨平台的兼容性。