国密SKF库调用开发指南（一）
聊聊密码学2020-04-30 17:05
针对支持国密算法USB KEY设备的应用，国家颁布一个行业标准《智能密码钥匙应用接口规范》（GM/T0016-2012），市面上销售的国密算法的USB KEY设备也都（其实也是必须）支持这个接口规范。因此，只要根据这个规范开发的应用程序，就可以兼容使用不同厂家及品牌的USB KEY产品。由于此规范中函数名称都以SKF开头，所以我们一般把按照此规范提供的设备开发接口库叫做SKF库或SKF接口。
一篇文章不可能介绍完SKF库里的所有接口，今天主要从开发的角度入手，按照实现几个主要功能的目的将涉及的接口和调用方式梳理一下，以帮助大家做相关开发。如果想看完整的接口说明，参考上面GM/T0016-2012标准即可。
在调用任何接口之前，都需要先加载所使用USBKEY设备的SKF库文件，这个文件是由KEY厂商提供，一般安装了USBKEY设备的相关软件就会有，具体文件名和存放路径要咨询厂商。加载方法与加载其他动态链接库无异：
::LoadLibrary(skfdllpath);
一、得到所有的国密证书（方法前的序号为调用顺序，下同）
根据国密标准，一种设备类型可以有多个设备（Device），每一个设备内可以有多个应用（Application），每一个应用里可以有多个容器（Container），每个容器里可以有一对证书（Certificate）：签名证书和加密证书。因此，应按照下列顺序依次调用相关接口：
1.SKF_EnumDev(BOOL bPresent, LPSTR szNameList, ULONG *pulSize);
调用这个方法用来遍历当前电脑上的设备，这个方法的第一个参数一般传TRUE，表示遍历的是插上的设备；第二个参数就是返回的设备名称列表；第三个参数是设备名称列表缓冲区长度。按照惯例，这个方法应该被调用两次：第一次szNameList传NULL，pulSize返回长度；第二次给szNameList分配pulSize长度，返回设备列表，每个设备的名称以单个'\0'结束，以双'\0'表示列表的结束。
2.SKF_ConnectDev(LPSTR szName, DEVHANDLE *phDev);
通过循环调用这个方法用来连接每一个具体的设备，szName为设备名，即上面方法得到的列表中的设备名；返回phDev为设备句柄。
3.SKF_EnumApplication(DEVHANDLE hDev, LPSTR szAppNameList,ULONG *pulSize);
得到设备句柄后，再通过此方法枚举得到设备里的应用列表。hDev为连接设备时返回的设备句柄；szAppNameList返回应用名称列表；pulSize是列表缓冲区长度。这个方法也是照例要调用两次，不再赘述。同样，每个应用的名称以单个'\0'结束，以双'\0'表示列表的结束。
4.SKF_OpenApplication(DEVHANDLE hDev, LPSTR szAppName, HAPPLICATION *phApplication);
通过循环调用此方法打开应用列表里的每一个应用，hDev为连接设备时返回的设备句柄；szAppName是要打开的应用名称；phApplication为返回的应用句柄。
5.SKF_EnumContainer(IN HAPPLICATIONhApplication, OUT LPSTRszContainerNameList, OUT ULONG*pulSize)
拿到应用句柄后，我们就可以用此方法遍历应用中的所有容器了。hApplication是应用句柄；szContainerNameList是返回的容器名称列表；pulSize是列表长度；后面的就不用了多说了。
6.SKF_OpenContainer(HAPPLICATION hApplication,LPSTR szContainerName,HCONTAINER *phContainer);
循环调用此方法打开每一个容器。hApplication是应用句柄；szContainerName是要打开的容器名称；phContainer是返回的容器句柄。
7.SKF_ExportCertificate(HCONTAINER hContainer, BOOL bSignFlag, BYTE* pbCert, ULONG *pulCertLen);
最后就可以通过这个方法取得每个容器里的证书。hContainer是容器句柄；bSignFlag为导出的证书类型； TRUE表示导出的是签名证书；FALSE表示导出加密证书。pbCert为返回的证书数据，pulCertLen是证书数据的长度。同样需两次调用。
二、数字签名
在数字签名时，要指定签名所使用的证书。通过遍历本机上的证书，与签名用的证书进行对比，定位到签名证书在USBKEY中的位置，得到设备、应用和容器的句柄，然后使用证书的私钥进行签名。遍历对比的过程可参见上一节的内容。另外,由于数字签名会用到私钥,因此这里需要验证口令。
1.SKF_VerifyPIN(HAPPLICATION hApplication, ULONG ulPINType, LPSTR szPIN, ULONG *pulRetryCount);
此方法用来验证证书所在应用的PIN码，及上面说的口令，为后面的签名取得权限。hApplication是应用句柄；ulPINType是PIN类型，可以为0是管理员账户，1为普通用户，这个参数一般选择1。szPIN值是PIN码，pulRetryCount为出错后返回的重试次数。
2.SKF_ExportPublicKey(HCONTAINER hContainer, BOOL bSignFlag, BYTE* pbBlob, ULONG* pulBlobLen);
这个方法用来导出容器中的签名公钥，hContainer为证书所在容器句柄；bSignFlag 为导出密钥类型，TRUE表示导出签名公钥，FALSE表示导出加密公钥，这里选择TRUE；pbBlob为返回公钥的数据；pulBlobLen为数据的长度。这里这个方法可以不用调用两次，因为公钥结构是已知的，其长度也是固定的，因此可以直接为pbBlob分配固定长度的数据，以返回公钥。
3.SKF_DigestInit(DEVHANDLE hDev, ULONG ulAlgID, ECCPUBLICKEYBLOB *pPubKey, unsigned char *pucID, ULONG ulIDLen, HANDLE *phHash);
此方法进行杂凑（国密标准里把摘要称之为杂凑）运算初始化，并指定计算消息杂凑的算法。hDev为设备句柄；ulAlgID是杂凑算法标识，这里选择SGD_SM3（0x00000001），表明使用SM3算法；pPubKey为签名用证书公钥数据；pucID为签名者的ID值；ulIDLen是签名者的ID值的长度；phHash为返回的杂凑对象句柄。加入签名者ID值是SM2数字签名的一个重要特征，默认使用"1234567812345678"这个字符串值。
4.SKF_Digest(HANDLE hHash, BYTE *pbData, ULONG ulDataLen, BYTE *pbHashData, ULONG *pulHashLen);
初始化后，调用此方法进行数据杂凑运算。hHash是SKF_DigestInit方法返回的杂凑对象句柄； pbData为产生签名的原文，ulDataLen是原文数据的长度，pbHashData返回杂凑数据； pulHashLen返回杂凑结果的长度。同样，因为杂凑数据的长度都是固定的，这里同样可以为pbHashData事先分配固定长度，而不用再调用两遍。
注意，如果进行杂凑的数据是分组的，那就得使用下面两个方法：
SKF_DigestUpdate(HANDLE hHash, BYTE *pbData, ULONG ulDataLen);
SKF_DigestFinal(HANDLE hHash, BYTE *pHashData, ULONG *pulHashLen);
对每一组数据都使用SKF_DigestUpdate，最后调用SKF_DigestFinal返回杂凑值。当然，在数字签名运算中不存在分块计算签名的情况，所以这里也不会把数据分块杂凑。
5.SKF_ECCSignData(HCONTAINER hContainer, BYTE *pbData, ULONG ulDataLen, PECCSIGNATUREBLOB pSignature);
最后调用此方法进行数字签名。hContainer用来签名的私钥所在容器句柄，也就是遍历对比证书得到的容器句柄；pbData是被签名的数据；ulDataLen是被签名数据长度，必须小于密钥模长； pbSignature为返回的签名值。
三、验证签名
如果使用SKF库验证签名，可以按照下面的步骤：
1.SKF_CreateContainer(HAPPLICATION hApplication, LPSTR szContainerName, HCONTAINER *phContainer)
调用此方法创建一个临时容器。hApplication为容器所在的应用句柄；szContainerName是ASCII字符串，表示所建立容器的名称，最大长度不能超过64字节；phContainer是返回所建立容器的容器句柄。
2.SKF_ImportCertificate(HCONTAINER hContainer, BOOL bSignFlag, BYTE* pbCert, ULONG ulCertLen);
将签名用的证书导入到容器中。hContainer为容器句柄，即用上一方法创建的临时容器；bSignFlag为证书类型，TRUE表示签名证书，FALSE表示加密证书，这里选TRUE；pbCert,是证书数据；ulCertLen为证书数据长度；
3.SKF_ExportPublicKey(HCONTAINER hContainer, BOOL bSignFlag, BYTE* pbBlob, ULONG* pulBlobLen);
导出公钥。
4.SKF_DigestInit(DEVHANDLE hDev, ULONG ulAlgID, ECCPUBLICKEYBLOB *pPubKey, unsigned char *pucID, ULONG ulIDLen, HANDLE *phHash);
杂凑初始化。
5.SKF_Digest(HANDLE hHash, BYTE *pbData, ULONG ulDataLen, BYTE *pbHashData, ULONG *pulHashLen);
杂凑运算。
6.SKF_ECCVerify(DEVHANDLE hDev , ECCPUBLICKEYBLOB* pECCPubKeyBlob, BYTE *pbData, ULONG ulDataLen, PECCSIGNATUREBLOB pSignature);
进行签名验证。hDev是设备句柄；pECCPubKeyBlob是公钥数据结构，即第3步得到的公钥； pbData为待验证签名的数据；ulDataLen是待验证签名数据长度；pbSignature待验证的签名值。
7.SKF_DeleteContainer(HAPPLICATION hApplication, LPSTR szContainerName);
删除临时容器。hApplication为容器所在的应用句柄；szContainerName为容器名称。
可以看出，虽然基于某一种USBKEY设备SKF库可以实现验证签名，但这种方式要求系统安装SKF库并且很有可能在验证时也要插上设备(插不插设备具体要看SKF库的实现方式)。如果是数字签名操作这样要求无可厚非，但验证签名也这样就不切实际了。因为没有SKF库还可以安装，但验证签名时也要插入一个设备就说不过去了。因此，在实际应用中都是采用不依赖于设备的软实现验证方式。或者，等哪一个好心的第三方厂商开发一个基于软实现的SKF库。关于软实现的方式，已经超出了本文的范围。
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