Ключи Diffie-Hellman

Статья
06/12/2023

Создание ключей Diffie-Hellman
Обмен ключами Diffie-Hellman
Экспорт закрытого ключа Diffie-Hellman
Пример кода

Создание ключей Diffie-Hellman

Чтобы создать ключ Diffie-Hellman, выполните следующие действия.

Вызовите функцию CryptAcquireContext , чтобы получить дескриптор поставщика шифрования Microsoft Diffie-Hellman.
Создайте новый ключ. Это можно сделать двумя способами: путем создания cryptoAPI всех новых значений для G, P и X или с помощью существующих значений для G и P и создания нового значения для X.

Создание ключа путем создания всех новых значений
1. Вызовите функцию CryptGenKey , передав CALG_DH_SF (сохранить и пересылать) или CALG_DH_EPHEM (эфемерный) в параметре Algid . Ключ будет создан с использованием новых случайных значений для G и P, нового вычисляемого значения для X, а его дескриптор будет возвращен в параметре phKey .
2. Теперь новый ключ готов к использованию. Значения G и P должны быть отправлены получателю вместе с ключом (или отправлены каким-либо другим способом) при обмене ключами.
Создание ключа с помощью предопределенных значений для G и P
1. Вызовите CryptGenKey, передав CALG_DH_SF (хранение и пересылка) или CALG_DH_EPHEM (эфемерный) в параметре Algid и CRYPT_PREGEN для параметра dwFlags. Дескриптор ключа будет создан и возвращен в параметре phKey .
2. Инициализируйте структуру CRYPT_DATA_BLOB с помощью элемента pbData , заданного значением P. Большой двоичный объект не содержит сведений о заголовке, а член pbData имеет формат с минимальным эндианом.
3. Значение P устанавливается путем вызова функции CryptSetKeyParam , передачи дескриптора ключа, полученного на шаге а, в параметре hKey , флага KP_P в параметре dwParam и указателя на структуру, содержащую значение P в параметре pbData .
4. Инициализируйте структуру CRYPT_DATA_BLOB с элементом pbData , задав значение G. Большой двоичный объект не содержит сведений о заголовке, а член pbData имеет формат с минимальным эндианом.
5. Значение G задается путем вызова функции CryptSetKeyParam , передачи дескриптора ключа, полученного на шаге а, в параметре hKey , флага KP_G в параметре dwParam и указателя на структуру, содержащую значение G в параметре pbData .
6. Значение X создается путем вызова функции CryptSetKeyParam , передачи дескриптора ключа, полученного на шаге a, в параметре hKey , флага KP_X в параметре dwParam и null в параметре pbData .
7. Если все вызовы функций выполнены успешно, открытый ключ Diffie-Hellman готов к использованию.
Если ключ больше не нужен, удалите его, передав дескриптор ключа в функцию CryptDeographyKey .

Если CALG_DH_SF был указан в предыдущих процедурах, значения ключей сохраняются в хранилище при каждом вызове CryptSetKeyParam. Затем значения G и P можно получить с помощью функции CryptGetKeyParam . Некоторые поставщики служб конфигурации могут иметь жестко заданные значения G и P. В этом случае ошибка NTE_FIXEDPARAMETER будет возвращена, если CryptSetKeyParam вызывается с KP_G или KP_P, указанной в параметре dwParam . Если вызывается CryptDecryptKey , дескриптор ключа уничтожается, но значения ключа сохраняются в CSP. Однако если указан CALG_DH_EPHEM , дескриптор ключа удаляется, а все значения удаляются из CSP.

Обмен ключами Diffie-Hellman

Целью алгоритма Diffie-Hellman является предоставление двум или более сторонам возможности создать и совместно использовать идентичный секретный ключ сеанса путем обмена данными по сети, которая не является безопасной. Информация, доступная по сети, имеет вид нескольких константных значений и Diffie-Hellman открытого ключа. Процесс, используемый двумя сторонами обмена ключами, выглядит следующим образом:

Обе стороны соглашаются с Diffie-Hellman параметрами, которые являются простым числом (P) и номером генератора (G).
Партия 1 отправляет свой Diffie-Hellman открытый ключ партии 2.
Сторона 2 вычисляет секретный ключ сеанса, используя сведения, содержащиеся в закрытом ключе и открытом ключе стороны 1.
Сторона 2 отправляет свой Diffie-Hellman открытый ключ партии 1.
Сторона 1 вычисляет секретный ключ сеанса, используя сведения, содержащиеся в закрытом ключе и открытом ключе стороны 2.
Обе стороны теперь имеют один и тот же ключ сеанса, который можно использовать для шифрования и расшифровки данных. Действия, необходимые для этого, описаны в следующей процедуре.

Подготовка открытого ключа Diffie-Hellman к передаче

Вызовите функцию CryptAcquireContext , чтобы получить дескриптор поставщика шифрования Microsoft Diffie-Hellman.
Создайте ключ Diffie-Hellman путем вызова функции CryptGenKey для создания нового ключа или путем вызова функции CryptGetUserKey для получения существующего ключа.
Получите размер, необходимый для хранения большого двоичного объекта ключа Diffie-Hellman, вызвав CryptExportKey, передав значение NULL для параметра pbData . Требуемый размер будет возвращен в pdwDataLen.
Выделение памяти для ключевого BLOB-объекта.
Создайте большой двоичный объект Diffie-Hellman открытого ключа , вызвав функцию CryptExportKey , передав PUBLICKEYBLOB в параметр dwBlobType и дескриптор в ключ Diffie-Hellman в параметре hKey . Этот вызов функции вызывает вычисление значения открытого ключа (G^X) mod P.
Если все предыдущие вызовы функций были успешными, Diffie-Hellman BLOB с открытым ключом теперь готов к кодированию и передаче.

Импорт открытого ключа Diffie-Hellman и вычисление секретного ключа сеанса

Вызовите функцию CryptAcquireContext , чтобы получить дескриптор поставщика шифрования Microsoft Diffie-Hellman.
Создайте ключ Diffie-Hellman путем вызова функции CryptGenKey для создания нового ключа или путем вызова функции CryptGetUserKey для получения существующего ключа.
Чтобы импортировать Diffie-Hellman открытый ключ в CSP, вызовите функцию CryptImportKey , передав указатель на большой двоичный объект открытого ключа в параметре pbData, длину БОЛЬШОго двоичного объекта в параметре dwDataLen и дескриптор на ключ Diffie-Hellman в параметре hPubKey . Это приводит к выполнению вычисления (Y^X) mod P, тем самым создав общий секретный ключ и завершив обмен ключами. Этот вызов функции возвращает дескриптор нового секретного ключа сеанса в параметре hKey .
На этом этапе импортированный Diffie-Hellman имеет тип CALG_AGREEDKEY_ANY. Перед использованием ключа его необходимо преобразовать в тип ключа сеанса. Это достигается путем вызова функции CryptSetKeyParam с параметром dwParam для KP_ALGID , а pbData — на указатель на значение ALG_ID , представляющее ключ сеанса, например CALG_RC4. Ключ необходимо преобразовать перед использованием общего ключа в функции CryptEncrypt или CryptDecrypt . Вызовы любой из этих функций до преобразования типа ключа завершатся ошибкой.
Секретный ключ сеанса теперь готов к использованию для шифрования или расшифровки.
Если ключ больше не нужен, удалите дескриптор ключа, вызвав функцию CryptDeographyKey .

Экспорт закрытого ключа Diffie-Hellman

Чтобы экспортировать закрытый ключ Diffie-Hellman, выполните следующие действия.

Вызовите функцию CryptAcquireContext , чтобы получить дескриптор поставщика шифрования Microsoft Diffie-Hellman.
Создайте ключ Diffie-Hellman путем вызова функции CryptGenKey для создания нового ключа или путем вызова функции CryptGetUserKey для получения существующего ключа.
Создайте большой двоичный объект Diffie-Hellman закрытого ключа , вызвав функцию CryptExportKey , передав PRIVATEKEYBLOB в параметр dwBlobType и дескриптор в ключ Diffie-Hellman в параметре hKey .
Если дескриптор ключа больше не требуется, вызовите функцию CryptDeographyKey , чтобы уничтожить дескриптор ключа.

Пример кода

В следующем примере показано, как создать, экспортировать, импортировать и использовать ключ Diffie-Hellman для обмена ключами.

#include <tchar.h>
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#pragma comment(lib, "crypt32.lib")

// The key size, in bits.
#define DHKEYSIZE 512

// Prime in little-endian format.
static const BYTE g_rgbPrime[] = 
{
    0x91, 0x02, 0xc8, 0x31, 0xee, 0x36, 0x07, 0xec, 
    0xc2, 0x24, 0x37, 0xf8, 0xfb, 0x3d, 0x69, 0x49, 
    0xac, 0x7a, 0xab, 0x32, 0xac, 0xad, 0xe9, 0xc2, 
    0xaf, 0x0e, 0x21, 0xb7, 0xc5, 0x2f, 0x76, 0xd0, 
    0xe5, 0x82, 0x78, 0x0d, 0x4f, 0x32, 0xb8, 0xcb,
    0xf7, 0x0c, 0x8d, 0xfb, 0x3a, 0xd8, 0xc0, 0xea, 
    0xcb, 0x69, 0x68, 0xb0, 0x9b, 0x75, 0x25, 0x3d,
    0xaa, 0x76, 0x22, 0x49, 0x94, 0xa4, 0xf2, 0x8d 
};

// Generator in little-endian format.
static BYTE g_rgbGenerator[] = 
{
    0x02, 0x88, 0xd7, 0xe6, 0x53, 0xaf, 0x72, 0xc5,
    0x8c, 0x08, 0x4b, 0x46, 0x6f, 0x9f, 0x2e, 0xc4,
    0x9c, 0x5c, 0x92, 0x21, 0x95, 0xb7, 0xe5, 0x58, 
    0xbf, 0xba, 0x24, 0xfa, 0xe5, 0x9d, 0xcb, 0x71, 
    0x2e, 0x2c, 0xce, 0x99, 0xf3, 0x10, 0xff, 0x3b,
    0xcb, 0xef, 0x6c, 0x95, 0x22, 0x55, 0x9d, 0x29,
    0x00, 0xb5, 0x4c, 0x5b, 0xa5, 0x63, 0x31, 0x41,
    0x13, 0x0a, 0xea, 0x39, 0x78, 0x02, 0x6d, 0x62
};

BYTE g_rgbData[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04,    0x05, 0x06, 0x07, 0x08};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(argc);
    UNREFERENCED_PARAMETER(argv);
    
    BOOL fReturn;
    HCRYPTPROV hProvParty1 = NULL; 
    HCRYPTPROV hProvParty2 = NULL; 
    DATA_BLOB P;
    DATA_BLOB G;
    HCRYPTKEY hPrivateKey1 = NULL;
    HCRYPTKEY hPrivateKey2 = NULL;
    PBYTE pbKeyBlob1 = NULL;
    PBYTE pbKeyBlob2 = NULL;
    HCRYPTKEY hSessionKey1 = NULL;
    HCRYPTKEY hSessionKey2 = NULL;
    PBYTE pbData = NULL;

    /************************
    Construct data BLOBs for the prime and generator. The P and G 
    values, represented by the g_rgbPrime and g_rgbGenerator arrays 
    respectively, are shared values that have been agreed to by both 
    parties.
    ************************/
    P.cbData = DHKEYSIZE/8;
    P.pbData = (BYTE*)(g_rgbPrime);

    G.cbData = DHKEYSIZE/8;
    G.pbData = (BYTE*)(g_rgbGenerator);

    /************************
    Create the private Diffie-Hellman key for party 1. 
    ************************/
    // Acquire a provider handle for party 1.
    fReturn = CryptAcquireContext(
        &hProvParty1, 
        NULL,
        MS_ENH_DSS_DH_PROV,
        PROV_DSS_DH, 
        CRYPT_VERIFYCONTEXT);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Create an ephemeral private key for party 1.
    fReturn = CryptGenKey(
        hProvParty1, 
        CALG_DH_EPHEM, 
        DHKEYSIZE << 16 | CRYPT_EXPORTABLE | CRYPT_PREGEN,
        &hPrivateKey1);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Set the prime for party 1's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey1,
        KP_P,
        (PBYTE)&P,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Set the generator for party 1's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey1,
        KP_G,
        (PBYTE)&G,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Generate the secret values for party 1's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey1,
        KP_X,
        NULL,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Create the private Diffie-Hellman key for party 2. 
    ************************/
    // Acquire a provider handle for party 2.
    fReturn = CryptAcquireContext(
        &hProvParty2, 
        NULL,
        MS_ENH_DSS_DH_PROV,
        PROV_DSS_DH, 
        CRYPT_VERIFYCONTEXT);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Create an ephemeral private key for party 2.
    fReturn = CryptGenKey(
        hProvParty2, 
        CALG_DH_EPHEM, 
        DHKEYSIZE << 16 | CRYPT_EXPORTABLE | CRYPT_PREGEN,
        &hPrivateKey2);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Set the prime for party 2's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey2,
        KP_P,
        (PBYTE)&P,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Set the generator for party 2's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey2,
        KP_G,
        (PBYTE)&G,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Generate the secret values for party 2's private key.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hPrivateKey2,
        KP_X,
        NULL,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Export Party 1's public key.
    ************************/
    // Public key value, (G^X) mod P is calculated.
    DWORD dwDataLen1;

    // Get the size for the key BLOB.
    fReturn = CryptExportKey(
        hPrivateKey1,
        NULL,
        PUBLICKEYBLOB,
        0,
        NULL,
        &dwDataLen1);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Allocate the memory for the key BLOB.
    if(!(pbKeyBlob1 = (PBYTE)malloc(dwDataLen1)))
    { 
        goto ErrorExit;
    }

    // Get the key BLOB.
    fReturn = CryptExportKey(
        hPrivateKey1,
        0,
        PUBLICKEYBLOB,
        0,
        pbKeyBlob1,
        &dwDataLen1);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Export Party 2's public key.
    ************************/
    // Public key value, (G^X) mod P is calculated.
    DWORD dwDataLen2;

    // Get the size for the key BLOB.
    fReturn = CryptExportKey(
        hPrivateKey2,
        NULL,
        PUBLICKEYBLOB,
        0,
        NULL,
        &dwDataLen2);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Allocate the memory for the key BLOB.
    if(!(pbKeyBlob2 = (PBYTE)malloc(dwDataLen2)))
    { 
        goto ErrorExit;
    }

    // Get the key BLOB.
    fReturn = CryptExportKey(
        hPrivateKey2,
        0,
        PUBLICKEYBLOB,
        0,
        pbKeyBlob2,
        &dwDataLen2);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Party 1 imports party 2's public key.
    The imported key will contain the new shared secret 
    key (Y^X) mod P. 
    ************************/
    fReturn = CryptImportKey(
        hProvParty1,
        pbKeyBlob2,
        dwDataLen2,
        hPrivateKey1,
        0,
        &hSessionKey2);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }
    
    /************************
    Party 2 imports party 1's public key.
    The imported key will contain the new shared secret 
    key (Y^X) mod P. 
    ************************/
    fReturn = CryptImportKey(
        hProvParty2,
        pbKeyBlob1,
        dwDataLen1,
        hPrivateKey2,
        0,
        &hSessionKey1);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Convert the agreed keys to symmetric keys. They are currently of 
    the form CALG_AGREEDKEY_ANY. Convert them to CALG_RC4.
    ************************/
    ALG_ID Algid = CALG_RC4;

    // Enable the party 1 public session key for use by setting the 
    // ALGID.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hSessionKey1,
        KP_ALGID,
        (PBYTE)&Algid,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Enable the party 2 public session key for use by setting the 
    // ALGID.
    fReturn = CryptSetKeyParam(
        hSessionKey2,
        KP_ALGID,
        (PBYTE)&Algid,
        0);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    /************************
    Encrypt some data with party 1's session key. 
    ************************/
    // Get the size.
    DWORD dwLength = sizeof(g_rgbData);
    fReturn = CryptEncrypt(
        hSessionKey1, 
        0, 
        TRUE,
        0, 
        NULL, 
        &dwLength,
        sizeof(g_rgbData));
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Allocate a buffer to hold the encrypted data.
    pbData = (PBYTE)malloc(dwLength);
    if(!pbData)
    {
        goto ErrorExit;
    }

    // Copy the unencrypted data to the buffer. The data will be 
    // encrypted in place.
    memcpy(pbData, g_rgbData, sizeof(g_rgbData)); 

    // Encrypt the data.
    dwLength = sizeof(g_rgbData);
    fReturn = CryptEncrypt(
        hSessionKey1, 
        0, 
        TRUE,
        0, 
        pbData, 
        &dwLength,
        sizeof(g_rgbData));
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }
  
    /************************
    Decrypt the data with party 2's session key. 
    ************************/
    dwLength = sizeof(g_rgbData);
    fReturn = CryptDecrypt(
        hSessionKey2,
        0,
        TRUE,
        0,
        pbData,
        &dwLength);
    if(!fReturn)
    {
        goto ErrorExit;
    }


ErrorExit:
    if(pbData)
    {
        free(pbData);
        pbData = NULL;
    }

    if(hSessionKey2)
    {
        CryptDestroyKey(hSessionKey2);
        hSessionKey2 = NULL;
    }

    if(hSessionKey1)
    {
        CryptDestroyKey(hSessionKey1);
        hSessionKey1 = NULL;
    }

    if(pbKeyBlob2)
    {
        free(pbKeyBlob2);
        pbKeyBlob2 = NULL;
    }

    if(pbKeyBlob1)
    {
        free(pbKeyBlob1);
        pbKeyBlob1 = NULL;
    }

    if(hPrivateKey2)
    {
        CryptDestroyKey(hPrivateKey2);
        hPrivateKey2 = NULL;
    }

    if(hPrivateKey1)
    {
        CryptDestroyKey(hPrivateKey1);
        hPrivateKey1 = NULL;
    }

    if(hProvParty2)
    {
        CryptReleaseContext(hProvParty2, 0);
        hProvParty2 = NULL;
    }

    if(hProvParty1)
    {
        CryptReleaseContext(hProvParty1, 0);
        hProvParty1 = NULL;
    }

    return 0;
}

Поделиться через

Ключи Diffie-Hellman

Создание ключей Diffie-Hellman

Обмен ключами Diffie-Hellman

Экспорт закрытого ключа Diffie-Hellman

Пример кода

Обратная связь

Дополнительные ресурсы