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ATECC508A芯片开发笔记（七）：实现对数据数字签名（Sign）并验证（Verify）证书签名

• 一、数据签名、验证基本流程
• 二、利用508对数据签名并验证 代码实现：
• 三、X.509证书验证

本节介绍利用508对证书数据进行签名、验证的步骤和原理。

一、数据签名、验证基本流程

由网络安全知识我们知道，对数据进行签名，其实就是用私钥加密而已，而验证签名就是用该私钥对应的公钥进行解密。

而如果对整个数据签名，会造成运算量大要验证数据多等缺点，因此实际应用中，一般是对原始数据算一个通过Hash算法算一个Hash值，Hash值唯一会保证数据完整性，然后再对该Hash值进行签名

因此只需验证该签名数据，并再算一次Hash与解密后的签名数据进行比较，就实现了保证数据的完整性以及身份认证双重效果。

二、利用508对数据签名并验证 代码实现：

void SignAndVerify_508Demo(uint8_t *Buffer)
{ 
   
		uint8_t SHA_DATA[32] = { 
   0};
		uint8_t Signature_Out[64] = { 
   0};
        bool verified = 0; 
        int err = 0;
        err = atecc508_init(ATECC508_DEV_I2C_ADDRESS); //508A init
        assert_noerr(err);

	err = ComputeSHA256withOneStep(Buffer,sizeof(Buffer),SHA_DATA);

       err = atecc508_sign_hash(SLOT_x, SHA_DATA, Signature_Out);
    
    err = atecc508_generate_public_key(SLOT_x,publickeyFromAt508);
  
  err = atecc508_verify_external_mode(SHA_DATA,Signature_Out,publickeyFromAt508,&verified);

}

Sign（数字签名）实现：

函数首先对508A初始化，接着对传入的数据通过SHA256算出Hash值SHA_DATA，

• 接着就通过508A的API atecc508_sign_hash()对这个数据签名，该函数第一个参数是Slot数，既利用该Slot存储的私钥对数据进行签名。并将签名数据输出到Signature_Out

Verify（验签）实现：

• Verify时需要利用508A实现数据签名相应的公钥，因此首先利用atecc508_generate_public_key由Slot_x的私钥产生公钥（非对称加密中私钥可以产生公钥），存储在publickeyFromAt508。

• 之后调用atecc508_verify_external_mode()（使用External验证模式）输入SHA数据、Signature数据、解签名用的PublicKey，最后508会返回Bool型的verified，如果为1则验证成功，否则失败。

其中ComputeSHA256withOneStep()是封装实现了SHA256算法，该函数会将输入数据Buffer用SHA256算出一个Hash值（32 Byte）并输出至SHA_DATA数组。
（SHA2的软件实现方法有很多，这里不再赘述，有兴趣可以在我的这篇博客中找到SHA实现源码和典型应用：https://blog.csdn.net/HowieXue/article/details/78700694 ）

//
//para in: input Bytes, bytelength
//para out: Message_Digest SHA result
//
OSStatus ComputeSHA256withOneStep(const uint8_t *bytes, unsigned int bytecount,                               uint8_t Message_Digest[SHA256HashSize])
{ 
   
     SHA256Context sha256Con;
   
     SHA256Reset(&sha256Con);

     SHA256Input(&sha256Con, bytes, bytecount);

     SHA256Result(&sha256Con, Message_Digest);

}

三、X.509证书验证

设备认证流程关键就是验证证书，大多数用于设备端与Cloud端之间进行双向认证，过程示例图参考如下：

而508A Lib对证书验证有一个专门的API函数来实现： · atcacert_verify_cert_hw()，（其实都是调用的atcab_verify_extern()函数）

508A有一个证书管理的大结构体：atcacert_def_t，证书的类型、SN、签名、key等都封装在了里面。如果用508A验证证书，就需要填充该结构的数据

四、实现代码：

为方便Demo，新建一个测试用的atcacert_def_t 数据cert_def_device_xxx ：

atcacert_def_t cert_def_device_xxx =
{ 
   
    .type                   = CERTTYPE_X509,
    .template_id            = 0,
    .chain_id               = 0,
    .private_key_slot       = 0,
    .sn_source              = SNSRC_DEVICE_SN,
    .cert_sn_dev_loc        =
    { 
   
        .zone               = DEVZONE_NONE,
        .slot               = 0,
        .is_genkey          = 0,
        .offset             = 0,
        .count              = 0
    },
    .issue_date_format      = DATEFMT_POSIX_UINT32_BE,  //DATEFMT_RFC5280_UTC
    .expire_date_format     = DATEFMT_POSIX_UINT32_BE,
    .tbs_cert_loc           =
    { 
   
        .offset             = 0,
        .count              = 0
    },
    .expire_years           = 0,
    .public_key_dev_loc     =
    { 
   
        .zone               = DEVZONE_DATA,
        .slot               = 0,
        .is_genkey          = 0,
        .offset             = 0,
        .count              = 0
    },
    .comp_cert_dev_loc      =
    { 
   
        .zone               = DEVZONE_DATA,
        .slot               = 0,
        .is_genkey          = 0,
        .offset             = 0,
        .count              = 0
    },//todo
    .std_cert_elements      =
    { 
   
        { 
      // STDCERT_PUBLIC_KEY
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_SIGNATURE
            .offset         = 0, 
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_ISSUE_DATE
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_EXPIRE_DATE
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_SIGNER_ID
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_CERT_SN
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_AUTH_KEY_ID
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        },
        { 
      // STDCERT_SUBJ_KEY_ID
            .offset         = 0,
            .count          = 0
        }
    },
    .cert_elements          = NULL,
    .cert_elements_count    = 0,
    .cert_template          = xxx_DeviceCert,
    .cert_template_size     = sizeof(xxx_DeviceCert),
      .cert_template          = 0,
      .cert_template_size     = 0,
};

证书验证代码如下，在填充cert_def_device_xxx中，要保证两个最基本的tbs_cert_loc以std_cert_elements[STDCERT_SIGNATURE].offset设置正确，

这两个数据分别是所要验证的证书中，to be signed 部分的长度，以及Signature的位置偏移量。

       //modify cert_def tbs length and sign location
       cert_def_device_xxx.tbs_cert_loc.count =  tbs_length ;
       cert_def_device_xxx.std_cert_elements[STDCERT_SIGNATURE].offset = SignLocation;

       //verify cert use 508a
       err = atcacert_verify_cert_hw(&cert_def_device_xxx,
                                             Certificate->certificateData,
                                                     Certificate->length,
                                                             PubKey);
       if(err != 0)
            return err;
       else
            return 0;

将正确参数传入atcacert_verify_cert_hw()，其返回值为0则代表验证成功。其中参数部分，Certificate是证书结构体指针，其指向了在内存中存储的证书，包括其内容和长度。

刚才提到atcacert_verify_cert_hw()内部也是调用的atcab_verify_extern()，代码如下：

int atcacert_verify_cert_hw( const atcacert_def_t* cert_def,
                             const uint8_t*        cert,
                             size_t cert_size,
                             const uint8_t ca_public_key[64])
{ 
   
	int ret = 0;
	uint8_t tbs_digest[32];
	uint8_t signature[64];
	bool is_verified = false;

	if (cert_def == NULL || ca_public_key == NULL || cert == NULL)
		return ATCACERT_E_BAD_PARAMS;

	ret = atcacert_get_tbs_digest(cert_def, cert, cert_size, tbs_digest);
	if (ret != ATCACERT_E_SUCCESS)
		return ret;

	ret = atcacert_get_signature(cert_def, cert, cert_size, signature);
	if (ret != ATCACERT_E_SUCCESS)
		return ret;

	ret = atcab_verify_extern(tbs_digest, signature, ca_public_key, &is_verified);
	if (ret != ATCA_SUCCESS)
		return ret;

	return is_verified ? ATCACERT_E_SUCCESS : ATCACERT_E_VERIFY_FAILED;
}

可见，atcacert_verify_cert_hw()内部实现的就是上述流程中的步骤，先计算证书To be signed 部分的SHA256，然后从证书制定位置提取其前面数据，

最后将SHA256数据（tbs_digest）和签名数据以及PublicKey传入到atcab_verify_extern()去验证，返回验证成功与否。
（传输之间无任何Secret交换，体现了508A的安全性能保证）

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