PKCS#11认识（二）—Object 与 Attribute

0 背景

• 场景问题描述
  • 如果我们将一个私钥或者对称密钥写入到HSM/TEE，但又不允许导出密钥材料的的情况下，下次如何确认里边的密钥与预期导入的密钥一样呢
• PKCS#11 的解决方案
  • 存储的密钥不仅仅含有密钥本身，还有会有属性，这些属性可以理解为密钥的说明书，有密钥的id，有密钥的用途，类型描述。
  • PKCS#11不仅仅定义了很多标准化的属性，还支持属性的扩展。
• 如下图流程，可以达到不获取真实密钥而实现校验的目的
  

1 什么是Object

Object 是 PKCS#11 对所有安全资源（密钥、证书、数据等）的统一抽象。
它屏蔽了不同资源类型的差异，使应用程序可以通过统一的 API 创建、查找、使用、复制和销毁对象；
而对象的具体特性则由 Attributes 描述，应用程序通过 Object Handle 引用和操作这些对象。
这里的"安全资源"包括：

• 密钥（Key）
• 证书（Certificate）
• 普通数据（Data）
• 厂商扩展对象（Vendor Object）

PKCS#11 │ 管理 Object │ ┌────────┴────────┐ │ │ Handle Attributes （如何访问） （对象是什么）

2 什么是Attribute

2.1 什么是Attribute

Attribute（属性）就是用于描述 PKCS#11 Object 特征的一组键值对（Key-Value Pair）。
例如，一把 AES 密钥：

AES Key

在 PKCS#11 中并不是只有：

Key Value

而是：
一个 Object = 数据（Value）+ Attributes（元数据）

Object ├── CKA_CLASS = Secret Key ├── CKA_KEY_TYPE = AES ├── CKA_LABEL = "AES_KEY" ├── CKA_ID = 01 ├── CKA_VALUE = ******** ├── CKA_ENCRYPT = TRUE ├── CKA_DECRYPT = TRUE ├── CKA_WRAP = FALSE ├── CKA_UNWRAP = FALSE ├── CKA_SENSITIVE = TRUE ├── CKA_EXTRACTABLE= FALSE └── ...

2.2 为什么设计 Attributes？

如果没有 Attributes，一把密钥只有

00112233445566778899AABBCCDDEEFF

KCS#11 根本不知道：
是 RSA？是 ECC？是 AES？能不能签名？能不能加密？能不能导出？谁拥有它？
敲黑板：PKCS#11 不仅需要保存 Key Value，更需要保存 Key 的"身份"和"行为"

2.3 Attributes分类概览

3 借助工具理解概念

3.1 Object

3.1.1 列出现有Object

• 上一篇文章中，在token中生成了RSA密钥
  

pkcs11-tool \ --module /usr/lib/x86_64-linux-gnu/softhsm/libsofthsm2.so \ --login \ --pin 123456 \ --list-objects Using slot 0 with a present token (0x7de1ea57) Private Key Object; RSA label: MyRSA_key1 ID: 01 Usage: decrypt, sign, signRecover, unwrap Access: sensitive, always sensitive, never extractable, local Public Key Object; RSA 2048 bits label: MyRSA_key1 ID: 01 Usage: encrypt, verify, verifyRecover, wrap Access: local

3.1.2 查询 slots

• 目的：为了查询slot的 Label，下一步新建AES key的时候需要指定
  

softhsm2-util --show-slots Available slots: Slot 2111957591 Slot info: Description: SoftHSM slot ID 0x7de1ea57 Manufacturer ID: SoftHSM project Hardware version: 2.6 Firmware version: 2.6 Token present: yes Token info: Manufacturer ID: SoftHSM project Model: SoftHSM v2 Hardware version: 2.6 Firmware version: 2.6 Serial number: e63da68afde1ea57 Initialized: yes User PIN init.: yes Label: test1

3.1.3 登录 Token 创建 AES Key

pkcs11-tool \ --module /usr/lib/softhsm/libsofthsm2.so \ --login \ --pin 123456 \ --token-label test1 \ --keygen \ --key-type AES:16 \ --label AES_KEY_128 \ --id 02

3.1.4 再次查看Object

• 发现已经新增了
  

~/Desktop$ pkcs11-tool \ --module /usr/lib/softhsm/libsofthsm2.so \ --login \ --pin 123456 \ --token-label test1 \ --list-objects

3.2 Attribute

3.2.1 属性结构

/* General Structure definitions */structCK_ATTRIBUTE{CK_ATTRIBUTE_TYPE type;void*pValue;CK_ULONG ulValueLen;};

3.2.2 通用属性（所有对象共有）

CKA_CLASS // 对象类型（密钥/证书/数据对象等） CKA_TOKEN // 是否存储在 Token 中（true=持久化, false=会话对象） CKA_PRIVATE // 是否需要登录才能访问 CKA_LABEL // 人类可读的标签名 CKA_MODIFIABLE // 属性是否可修改 CKA_COPYABLE // 是否可复制 CKA_DESTROYABLE // 是否可销毁

3.2.3 密钥相关属性

CKA_KEY_TYPE// 密钥类型（RSA/EC/AES等）CKA_ID// 密钥标识符（用于匹配公私钥对和证书）CKA_SENSITIVE// 是否敏感（true=私钥值不可读出）CKA_ENCRYPT// 是否可用于加密CKA_DECRYPT// 是否可用于解密CKA_SIGN// 是否可用于签名CKA_VERIFY// 是否可用于验签CKA_EXTRACTABLE// 密钥是否可导出CKA_VALUE_LEN// 密钥长度

3.2.4 RSA 密钥特有属性

CKA_MODULUS// 模数 nCKA_MODULUS_BITS// 模数位数（如 2048）CKA_PUBLIC_EXPONENT// 公钥指数 eCKA_PRIVATE_EXPONENT// 私钥指数 d

3.2.5 证书相关属性

CKA_CERTIFICATE_TYPE // 证书类型（X.509 等） CKA_SUBJECT // 证书主题 CKA_ISSUER // 证书颁发者 CKA_SERIAL_NUMBER // 序列号 CKA_VALUE // 证书的 DER 编码内容

4.参考文献

1. PKCS #11 Cryptographic Token Interface Base Specification Version 2.40
   https://docs.oasis-open.org/pkcs11/pkcs11-base/v2.40/os/pkcs11-base-v2.40-os.html

2. SoftHSM2
   https://github.com/softhsm/SoftHSMv2

3. OpenSC
   https://github.com/OpenSC/OpenSC