Как я могу зашифровать байты с помощью модуля TPM машины?

CryptProtectData

Windows предоставляет (относительно) простой API для шифрования большого двоичного объекта с помощью CryptProtectDataAPI, который мы можем обернуть простой в использовании функцией:

public Byte[] ProtectBytes(Byte[] plaintext)
{
   //...
}

Детали ProtectBytesменее важны, чем идея о том, что вы можете легко использовать это:

• вот байты, которые я хочу зашифровать секретным ключом, хранящимся в System
• верните мне зашифрованный blob

Возвращенный блоб недокументированная ^{документация} структура , которая содержит все необходимое для расшифровки и вернуть исходные данные (хэш - алгоритм, алгоритм шифрования, соль, HMAC подписи и т.д.).

Для полноты, вот пример реализации псевдокода, ProtectBytesкоторый использует Crypt APIдля защиты байтов:

public Byte[] ProtectBytes(Byte[] plaintext)
{
   //Setup our n-byte plaintext blob
   DATA_BLOB dataIn;
   dataIn.cbData = plaintext.Length;
   dataIn.pbData = Addr(plaintext[0]);

   DATA_BLOB dataOut;

   //dataOut = EncryptedFormOf(dataIn)
   BOOL bRes = CryptProtectData(
         dataIn,
         null,     //data description (optional PWideChar)
         null,     //optional entropy (PDATA_BLOB)
         null,     //reserved
         null,     //prompt struct
         CRYPTPROTECT_UI_FORBIDDEN || CRYPTPROTECT_LOCAL_MACHINE,
         ref dataOut);
   if (!bRes) then
   {
      DWORD le = GetLastError();
      throw new Win32Error(le, "Error calling CryptProtectData");
   }

   //Copy ciphertext from dataOut blob into an actual array
   bytes[] result;
   SetLength(result, dataOut.cbData);
   CopyMemory(dataOut.pbData, Addr(result[0]), dataOut.cbData);

   //When you have finished using the DATA_BLOB structure, free its pbData member by calling the LocalFree function
   LocalFree(HANDLE(dataOut.pbData)); //LocalFree takes a handle, not a pointer. But that's what the SDK says.
}

Как сделать то же самое с TPM?

Приведенный выше код полезен для шифрования данных только на локальном компьютере. Данные зашифрованы с использованием Systemучетной записи в качестве генератора ключей ( подробности хоть и интересны, но не важны ). Конечным результатом является то, что я могу зашифровать данные (например, главный ключ шифрования жесткого диска), которые могут быть расшифрованы только на локальной машине.

Пришло время сделать еще один шаг вперед. Я хочу зашифровать некоторые данные (например, главный ключ шифрования жесткого диска), которые могут быть расшифрованы только локальным TPM. Другими словами, я хочу заменить Qualcomm Trusted Execution Environment ( TEE ) на блок-схеме ниже для Android на TPM в Windows:

Примечание . Я понимаю, что TPM не выполняет подписывание данных (или, если это так, он не гарантирует, что подписание одних и тех же данных будет давать одинаковый двоичный вывод каждый раз). Вот почему я хотел бы заменить «подпись RSA» на «шифрование 256-битного BLOB-объекта с помощью аппаратного ключа» .

Так где же код?

Проблема в том, что программирование TPM полностью недокументировано в MSDN . API для выполнения каких-либо операций отсутствует. Вместо этого вам нужно найти себе копию стека программного обеспечения Trusted Computing Group (также известного как TSS) , выяснить, какие команды отправлять в TPM с полезными данными , в каком порядке, и вызвать функцию Window Tbsip_Submit_Command для непосредственной отправки команд:

TBS_RESULT Tbsip_Submit_Command(
  _In_     TBS_HCONTEXT hContext,
  _In_     TBS_COMMAND_LOCALITY Locality,
  _In_     TBS_COMMAND_PRIORITY Priority,
  _In_     const PCBYTE *pabCommand,
  _In_     UINT32 cbCommand,
  _Out_    PBYTE *pabResult,
  _Inout_  UINT32 *pcbOutput
);

В Windows нет API более высокого уровня для выполнения действий.

Это моральный эквивалент попытки создать текстовый файл с помощью команд ввода-вывода SATA на ваш жесткий диск .

Почему бы просто не использовать брюки

Группа Trusted Computing Group (TCG) действительно определила свой собственный API: TCB Software Stack (TSS) . Реализация этого API была создана некоторыми людьми и называется TrouSerS . Затем один парень перенес этот проект на Windows .

Проблема с этим кодом в том, что он не переносится в мир Windows. Например, вы не можете использовать его из Delphi, вы не можете использовать его из C #. Это требует:

• OpenSSL
• pThread

Я просто хочу, чтобы код что-то зашифровал с помощью моего TPM.

Вышеупомянутое не CryptProtectDataтребует ничего, кроме того, что находится в теле функции.

Каков эквивалентный код для шифрования данных с помощью TPM? Как отмечали другие, вам, вероятно, придется проконсультироваться с тремя руководствами по TPM и самостоятельно построить большие двоичные объекты . Вероятно, это связано с TPM_sealкомандой. Хотя я думаю, что не хочу запечатывать данные, я думаю, что хочу их привязать :

Привязка - данные шифруются с использованием ключа привязки TPM, уникального ключа RSA, производного от ключа хранилища. Запечатывание - шифрует данные аналогично привязке, но дополнительно указывает состояние, в котором должен находиться TPM, чтобы данные были расшифрованы (распечатаны).

Я пытаюсь прочитать три необходимых тома, чтобы найти 20 строк кода, которые мне нужны:

• Часть 1 - Принципы проектирования
• Часть 2 - Структуры TPM
• Часть 3 - Команды

Но я понятия не имею, что читаю. Если бы был какой-нибудь учебник или примеры, я мог бы попробовать. Но я совершенно потерялся.

Итак, мы просим Stackoverflow

Таким же образом я смог предоставить:

Byte[] ProtectBytes_Crypt(Byte[] plaintext)
{
   //...
   CryptProtectData(...); 
   //...
}

может кто-нибудь предоставить соответствующий эквивалент:

Byte[] ProtectBytes_TPM(Byte[] plaintext)
{
   //...
   Tbsip_Submit_Command(...);
   Tbsip_Submit_Command(...);
   Tbsip_Submit_Command(...);
   //...snip...
   Tbsip_Submit_Command(...);
   //...
}

что делает то же самое, за исключением того, что ключ, заблокированный в SystemLSA, заблокирован в TPM?

Начало исследования

Я точно не знаю, что означает привязка . Но, глядя на TPM Main - Part 3 Commands - Specification Version 1.2, есть упоминание bind :

10.3 TPM_UnBind

TPM_UnBind берет большой двоичный объект данных, который является результатом команды Tspi_Data_Bind, и расшифровывает его для экспорта пользователю. Вызывающий должен разрешить использование ключа, который будет расшифровывать входящий большой двоичный объект. TPM_UnBind работает на поблочной основе и не имеет представления о какой-либо связи между одним блоком и другим.

Что толку там нет нет Tspi_Data_Bindкоманды.

Исследовательские усилия

Ужасно, что никто никогда не удосужился задокументировать TPM или его работу. Как будто они потратили все свое время на то, чтобы поиграть с этой классной вещью , но не хотели иметь дело с болезненным шагом, чтобы сделать ее пригодной для чего-то.

Начиная с (сейчас) бесплатной книги A Practical Guide to TPM 2.0: Using the Trusted Platform Module in the New Age of Security :

Глава 3 - Краткое руководство по TPM 2.0

TPM имеет доступ к собственному закрытому ключу, поэтому он может шифровать ключи с помощью открытого ключа, а затем сохранять полученный большой двоичный объект на жестком диске. Таким образом, TPM может хранить практически неограниченное количество ключей, доступных для использования, но не тратить впустую ценное внутреннее хранилище. Ключи, хранящиеся на жестком диске, можно стереть, но также можно сделать резервную копию, что казалось дизайнерам приемлемым компромиссом.

Как я могу зашифровать ключ с помощью открытого ключа TPM?

Глава 4 - Существующие приложения, использующие TPM

Приложения, которые должны использовать TPM, но не должны

За последние несколько лет количество веб-приложений увеличилось. Среди них - резервное копирование и хранение через Интернет. Многие компании сейчас предлагают такие услуги, но, насколько нам известно, ни один из клиентов этих услуг не позволяет пользователю заблокировать ключ для службы резервного копирования на TPM. Если бы это было сделано, было бы неплохо, если бы для самого ключа TPM была создана резервная копия, дублируя его на нескольких машинах. Кажется, это возможность для разработчиков.

Как разработчик блокирует ключ к TPM?

Глава 9 - Heirarchies

СЛУЧАЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ: СОХРАНЕНИЕ ПАРОЛЕЙ ВХОДА

Типичный файл паролей хранит соленые хэши паролей. Проверка состоит из посоления и хеширования предоставленного пароля и сравнения его с сохраненным значением. Поскольку в расчет не входит секрет, он может подвергнуться атаке в автономном режиме на файл паролей.

В этом варианте использования используется ключ HMAC, созданный TPM. Файл паролей хранит HMAC солидного пароля. Проверка состоит из обработки и HMAC предоставленного пароля и сравнения его с сохраненным значением. Поскольку у автономного злоумышленника нет ключа HMAC, злоумышленник не может организовать атаку, выполнив расчет.

Это могло сработать. Если доверенный платформенный модуль имеет секретный ключ HMAC, и только мой доверенный платформенный модуль знает этот ключ HMAC, то я могу заменить «Подписать (он же TPM, зашифрованный с его закрытым ключом)» на «HMAC». Но затем в следующей строке он полностью меняет свое мнение:

TPM2_Create, указав ключ HMAC

Если мне нужно указать ключ HMAC, это не секрет TPM. Тот факт, что ключ HMAC не является секретным, имеет смысл, если вы понимаете, что это глава о криптографических утилитах, которые предоставляет TPM. Вместо того, чтобы вам самому писать SHA2, AES, HMAC или RSA, вы можете повторно использовать то, что уже есть в TPM.

Глава 10 - Ключи

В качестве устройства безопасности способность приложения использовать ключи, сохраняя их в безопасности на аппаратном устройстве, является самой сильной стороной TPM. TPM может как генерировать, так и импортировать ключи, созданные извне. Он поддерживает как асимметричные, так и симметричные ключи.

Превосходно! Как ты это делаешь!?

Генератор ключей

Возможно, самая сильная сторона TPM - это его способность генерировать криптографический ключ и защищать свой секрет в пределах аппаратного обеспечения. Генератор ключей основан на собственном генераторе случайных чисел TPM и не зависит от внешних источников случайности. Таким образом устраняются слабые места, основанные на слабом программном обеспечении с недостаточным источником энтропии.

Имеет ли TPM возможность генерировать криптографические ключи и защищать свои секреты в пределах аппаратного обеспечения? Так как?

Глава 12 - Регистры конфигурации платформы

PCR для авторизации

СЛУЧАЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ: ЗАПЕЧАТАНИЕ КЛЮЧА ДЛЯ ШИФРОВАНИЯ ЖЕСТКОГО ДИСКА ДЛЯ СОСТОЯНИЯ ПЛАТФОРМЫ

Приложения полнодискового шифрования намного безопаснее, если TPM защищает ключ шифрования, чем если он хранится на том же диске и защищен только паролем. Во-первых, оборудование TPM имеет защиту от взлома (см. Главу 8 для подробного описания защиты от атак по словарю TPM), что делает непрактичную атаку методом перебора пароля. Ключ, защищенный только программным обеспечением, гораздо более уязвим для слабого пароля. Во-вторых, программный ключ, хранящийся на диске, гораздо легче украсть. Возьмите диск (или резервную копию диска), и вы получите ключ. Когда TPM хранит ключ, вся платформа или, по крайней мере, диск и материнская плата должны быть украдены.

Запечатывание позволяет защитить ключ не только паролем, но и политикой. Типичная политика блокирует ключ к значениям PCR (состоянию программного обеспечения), текущим на момент запечатывания. Это предполагает, что состояние при первой загрузке не нарушено. Любая предустановленная вредоносная программа, присутствующая при первой загрузке, будет измеряться в PCR, и, таким образом, ключ будет запечатан для состояния скомпрометированного программного обеспечения. У менее доверчивого предприятия может быть стандартный образ диска и печать на PCR, представляющих этот образ. Эти значения PCR будут предварительно рассчитаны на предположительно более надежной платформе. Даже более сложное предприятие могло бы использовать TPM2_PolicyAuthorize и предоставить несколько билетов, авторизующих набор доверенных значений PCR. См. Главу 14 для подробного описания политики авторизации и ее применения для решения проблемы уязвимости PCR.

Хотя пароль также может защитить ключ, есть выигрыш в безопасности даже без пароля ключа TPM. Злоумышленник может загрузить платформу без ввода пароля TPMkey, но не может войти в систему без имени пользователя и пароля ОС. OSsecurity защищает данные. Злоумышленник может загрузить альтернативную ОС, например, с живого DVD или USB-накопителя, а не с жесткого диска, чтобы обойти безопасность входа в ОС. Однако эта другая конфигурация загрузки и программное обеспечение могут изменить значения PCR. Поскольку эти новые PCR не будут соответствовать запечатанным значениям, TPM не выпустит ключ дешифрования, и жесткий диск не сможет быть расшифрован.

Превосходно! Это именно тот вариант использования, который мне и нужен. Также в этом случае Microsoft использует TPM. Как мне это сделать!?

Я прочитал эту книгу полностью, и ничего полезного в ней не было. Что очень впечатляет, потому что это 375 страниц. Вам интересно, что было в книге - и, оглядываясь назад, я понятия не имею.

Поэтому мы отказываемся от исчерпывающего руководства по программированию TPM и вместо этого обращаемся к некоторой документации от Microsoft:

Из набора средств криптографического провайдера платформы TPM Microsoft . В нем точно указано, что я хочу делать:

Ключ подтверждения или EK

EK предназначен для обеспечения надежного криптографического идентификатора для платформы. Предприятие может вести базу данных ключей подтверждения, принадлежащих модулям TPM всех ПК на предприятии, или контроллер фабрики центра обработки данных может иметь базу данных модулей TPM на всех блейд-серверах. В Windows вы можете использовать провайдер NCrypt, описанный в разделе «Поставщик шифрования платформы в Windows 8», чтобы прочитать общедоступную часть EK.

Где-то внутри TPM находится закрытый ключ RSA. Этот ключ заперт там - его никогда не увидит внешний мир. Я хочу, чтобы TPM что-то подписывал своим закрытым ключом (т. Е. Зашифровывал это своим закрытым ключом).

Поэтому мне нужна самая простая операция, которая может существовать:

Зашифруйте что-нибудь своим закрытым ключом. Я даже (пока) не прошу более сложных вещей:

• «запечатывать» его по состоянию ПЦР
• создание ключа и сохранение его в энергозависимой или энергонезависимой памяти
• создание симметричного ключа и попытка загрузить его в TPM

Я прошу выполнить самую простую операцию, которую может выполнять TPM. Почему невозможно получить информацию о том, как это сделать?

Я могу получить случайные данные

Полагаю, я был бойким, когда сказал, что подписание RSA - это самое простое, что может сделать TPM. Самое основное , что доверенный платформенный модуль может быть предложено сделать , это дать мне случайные байты. Это я понял, как это сделать:

public Byte[] GetRandomBytesTPM(int desiredBytes)
{
   //The maximum random number size is limited to 4,096 bytes per call
   Byte[] result = new Byte[desiredBytes];

   BCRYPT_ALG_HANDLE hAlgorithm;

   BCryptOpenAlgorithmProvider(
         out hAlgorithm,
         BCRYPT_RNG_ALGORITHM, //AlgorithmID: "RNG"
         MS_PLATFORM_CRYPTO_PROVIDER, //Implementation: "Microsoft Platform Crypto Provider" i.e. the TPM
         0 //Flags
   );
   try
   {                
      BCryptGenRandom(hAlgorithm, @result[0], desiredBytes, 0);
   }
   finally
   {
      BCryptCloseAlgorithmProvider(hAlgorithm);
   }

   return result;
}

Необычная вещь

Я понимаю, что количество людей, использующих TPM, очень мало. Вот почему ни у кого в Stackoverflow нет ответа. Так что я не могу стать слишком жадным в поисках решения моей общей проблемы. Но что бы я действительно хочу сделать , это «уплотнение» некоторые данные:

• представить TPM некоторые данные (например, 32 байта ключевого материала)
• заставить TPM зашифровать данные, возвращая некоторую непрозрачную структуру больших двоичных объектов
• позже попросите TPM расшифровать blob
• дешифрование будет работать только в том случае, если регистры PCR TPM такие же, как и во время шифрования.

Другими словами:

Byte[] ProtectBytes_TPM(Byte[] plaintext, Boolean sealToPcr)
{
   //...
}

Byte[] UnprotectBytes_TPM(Byte[] protectedBlob)
{
   //...
}

Cryptography Next Gen (Cng, aka BCrypt) поддерживает TPM

Первоначальный API криптографии в Windows назывался Crypto API.

Начиная с Windows Vista, Crypto API был заменен на Cryptography API: Next Generation (внутреннее название BestCrypt , сокращенно BCrypt , не путать с алгоритмом хеширования паролей ).

Windows поставляется с двумя поставщиками BCrypt :

• Microsoft Primitive Provider ( MS_PRIMITIVE_PROVIDER) по умолчанию : программная реализация всех примитивов по умолчанию (хеширование, симметричное шифрование, цифровые подписи и т. Д.)
• Поставщик шифрования платформы Microsoft ( MS_PLATFORM_CRYPTO_PROVIDER): поставщик, предоставляющий доступ к TPM.

Platform Crypto провайдер не документирован на MSDN, но есть документы с сайта 2012 Microsoft Research:

Набор средств криптографического провайдера платформы TPM

Поставщик криптографии платформы TPM и набор инструментов содержит образец кода, служебные программы и документацию для использования функций, связанных с TPM, в Windows 8. Описанные подсистемы включают поставщика криптографии платформы Crypto-Next-Gen (CNG) на основе TPM и способы предоставления услуг аттестации. могут использовать новые функции Windows. Поддерживаются системы на базе TPM1.2 и TPM2.0.

Создается впечатление , что цель Microsoft заключается в поверхность ТРМ функциональность криптографической с Microsoft Platform Crypto Provider в Cryptography NG API.

Шифрование с открытым ключом с использованием Microsoft BCrypt

При условии:

• я хочу выполнить асимметричное шифрование RSA (с использованием TPM)
• Microsoft BestCrypt поддерживает асимметричное шифрование RSA
• Microsoft BestCrypt имеет поставщика TPM

путь вперед может заключаться в том, чтобы выяснить, как выполнять цифровую подпись с помощью Microsoft Cryptography Next Gen API .

Следующим моим шагом будет создание кода для шифрования в BCrypt с открытым ключом RSA с использованием стандартного provider ( MS_PRIMITIVE_PROVIDER). Например:

• modulus: 0xDC 67 FA F4 9E F2 72 1D 45 2C B4 80 79 06 A0 94 27 50 8209 DD 67 CE 57 B8 6C 4A 4F 40 9F D2 D1 69 FB 995D 85 0C 07 A1 F9 47 1B 56 16 6E F6 7F B9 CF 2A 58 36 37 99 29 AA 4F A8 12 E8 4F C7 82 2B 9D 72 2A 9C DE 6F C2 EE 12 6D CF F0 F2 B8 C4 DD 7C 5C 1A C8 17 51 A9 AC DF 08 22 04 9D 2B D7 F9 4B 09 DE 9A EB 5C 51 1A D8 F8 F9 56 9E F8 FB 37 9B 3F D3 74 65 24 0D FF 34 75 57 A4 F5 BF 55
• publicExponent: 65537

С этим кодом я могу переключиться на использование TPM Provider ( MS_PLATFORM_CRYPTO_PROVIDER).

22.02.2016: И поскольку Apple вынуждена помогать в расшифровке пользовательских данных, возобновился интерес к тому, как заставить TPM выполнять самую простую задачу, для которой он был изобретен, - шифрование чего-либо.

Это примерно равносильно тому, что у каждого есть машина, но никто не знает, как ее завести. Он может делать действительно полезные и крутые вещи, если только мы сможем пройти шаг 1 .

Бонусное чтение

• Android - Шифрование - Хранение зашифрованного ключа
• Android Explorations - новый взгляд на шифрование дисков Android
• Секреты DPAPI. Анализ безопасности и восстановление данных в DPAPI (Часть 1)

Грунтовка

Все, что далее следует, касается TPM 1.2. Имейте в виду, что Microsoft требует TPM 2.0 для всех будущих версий Windows. Поколение 2.0 принципиально отличается от 1.2.

Однострочного решения не существует из-за принципов проектирования TPM. Думайте о TPM как о микроконтроллере с ограниченными ресурсами. Основная цель дизайна заключалась в том, чтобы быть дешевым, но при этом безопасным. Таким образом, TPM был лишен всей логики, которая не была необходима для безопасной работы. Таким образом, TPM работает только тогда, когда у вас есть хотя бы какое-то более или менее жирное программное обеспечение, которое выдает множество команд в правильном порядке. И эти последовательности команд могут быть очень сложными. Вот почему TCG определила TSS с четко определенным API. Если вы хотите пойти по пути Java, существует даже Java API высокого уровня . Мне неизвестен аналогичный проект для C # / .net

Развитие

В вашем случае я предлагаю вам взглянуть на TPM программного обеспечения IBM.

• Страница проекта
• Скачать весь пакет

В пакете вы найдете 3 очень полезных компонента:

• программный эмулятор TPM
• легкая библиотека tpm
• некоторые базовые утилиты командной строки

Вам не обязательно нужен программный эмулятор TPM, вы также можете подключиться к HW TPM машины. Однако вы можете перехватить выданные команды и посмотреть ответы, таким образом узнав, как они собраны и как они соответствуют спецификации команды.

Высокий уровень

Предпосылки:

1. TPM активирован
2. Драйвер TPM загружен
3. вы стали владельцем TPM

Чтобы запечатать каплю, вам необходимо сделать следующее:

1. создать ключ
2. где-нибудь хранить ключевую каплю
3. убедитесь, что ключ загружен в TPM
4. запечатать каплю

Для распечатывания необходимо:

1. получить ключевой blob
2. загрузить ключ в TPM
3. распечатать запечатанную каплю

Вы можете сохранить ключевой BLOB-объект в своей структуре данных, которую используете для хранения защищенных байтов.

Большинство необходимых команд TPM являются авторизованными. Поэтому вам необходимо установить сеансы авторизации там, где это необходимо. AFAIR это в основном сеансы OSAP.

Команды TPM

В настоящее время я не могу запустить отладочную версию, поэтому не могу предоставить вам точную последовательность. Так что считайте это неупорядоченным списком команд, которые вам придется использовать:

• TPM_OSAP
• TPM_CreateWrapKey
• TPM_LoadKey2
• TPM_Seal

Если вы также хотите прочитать текущие значения PCR:

• TPM_PCRRead

Надежные и зашифрованные ключи

Надежные и зашифрованные ключи - это два новых типа ключей, добавленных к существующей службе связки ключей ядра. Оба этих новых типа представляют собой симметричные ключи переменной длины, и в обоих случаях все ключи создаются в ядре, а пользовательское пространство видит, хранит и загружает только зашифрованные большие двоичные объекты. Надежные ключи требуют наличия микросхемы доверенного платформенного модуля (TPM) для большей безопасности, в то время как зашифрованные ключи можно использовать в любой системе. Все большие двоичные объекты уровня пользователя отображаются и загружаются в шестнадцатеричном формате ascii для удобства и проверяются на целостность.

Надежные ключи используют TPM как для создания, так и для запечатывания ключей. Ключи запечатаны 2048-битным ключом RSA в TPM и, возможно, запечатаны с указанными значениями PCR (измерения целостности) и распечатываются только TPM, если PCR и проверки целостности blob совпадают. Загруженный доверенный ключ может быть обновлен новыми (будущими) значениями PCR, поэтому ключи легко переносятся на новые значения pcr, например, при обновлении ядра и initramfs. Один и тот же ключ может иметь много сохраненных BLOB-объектов с разными значениями PCR, поэтому легко поддерживается несколько загрузок.

По умолчанию доверенные ключи запечатаны под SRK, который имеет значение авторизации по умолчанию (20 нулей). Это может быть установлено во время takeownership с утилитой штанины в: tpm_takeownership -u -z.

Usage:
    keyctl add trusted name "new keylen [options]" ring
    keyctl add trusted name "load hex_blob [pcrlock=pcrnum]" ring
    keyctl update key "update [options]"
    keyctl print keyid

    options:
    keyhandle= ascii hex value of sealing key default 0x40000000 (SRK)
    keyauth=   ascii hex auth for sealing key default 0x00...i
        (40 ascii zeros)
    blobauth=  ascii hex auth for sealed data default 0x00...
        (40 ascii zeros)
    blobauth=  ascii hex auth for sealed data default 0x00...
        (40 ascii zeros)
    pcrinfo=   ascii hex of PCR_INFO or PCR_INFO_LONG (no default)
    pcrlock=   pcr number to be extended to "lock" blob
    migratable= 0|1 indicating permission to reseal to new PCR values,
                default 1 (resealing allowed)

keyctl printвозвращает шестнадцатеричную копию запечатанного ключа ascii в стандартном формате TPM_STORED_DATA. Длина ключа для новых ключей всегда указывается в байтах. Доверенные ключи могут иметь размер от 32 до 128 байт (256 - 1024 бит), верхний предел должен соответствовать длине ключа SRK (RSA) в 2048 бит со всей необходимой структурой / заполнением.

Зашифрованные ключи не зависят от TPM и работают быстрее, поскольку используют AES для шифрования / дешифрования. Новые ключи создаются из случайных чисел, генерируемых ядром, и шифруются / дешифруются с использованием указанного «главного» ключа. «Главный» ключ может иметь тип доверенного или пользовательского ключа. Основным недостатком зашифрованных ключей является то, что, если они не основаны на доверенном ключе, они безопасны только в той степени, в которой они защищены ключом пользователя. Поэтому главный ключ пользователя следует загружать как можно безопаснее, желательно на ранней стадии загрузки.

Расшифрованная часть зашифрованных ключей может содержать либо простой симметричный ключ, либо более сложную структуру. Формат более сложной структуры зависит от приложения, что определяется словом «формат».

Usage:
    keyctl add encrypted name "new [format] key-type:master-key-name keylen"
        ring
    keyctl add encrypted name "load hex_blob" ring
    keyctl update keyid "update key-type:master-key-name"

format:= 'default | ecryptfs'
key-type:= 'trusted' | 'user'

Примеры использования доверенных и зашифрованных ключей

Создайте и сохраните доверенный ключ с именем «kmk» длиной 32 байта:

$ keyctl add trusted kmk "new 32" @u
440502848

$ keyctl show
Session Keyring
       -3 --alswrv    500   500  keyring: _ses
 97833714 --alswrv    500    -1   \_ keyring: _uid.500
440502848 --alswrv    500   500       \_ trusted: kmk

$ keyctl print 440502848
0101000000000000000001005d01b7e3f4a6be5709930f3b70a743cbb42e0cc95e18e915
3f60da455bbf1144ad12e4f92b452f966929f6105fd29ca28e4d4d5a031d068478bacb0b
27351119f822911b0a11ba3d3498ba6a32e50dac7f32894dd890eb9ad578e4e292c83722
a52e56a097e6a68b3f56f7a52ece0cdccba1eb62cad7d817f6dc58898b3ac15f36026fec
d568bd4a706cb60bb37be6d8f1240661199d640b66fb0fe3b079f97f450b9ef9c22c6d5d
dd379f0facd1cd020281dfa3c70ba21a3fa6fc2471dc6d13ecf8298b946f65345faa5ef0
f1f8fff03ad0acb083725535636addb08d73dedb9832da198081e5deae84bfaf0409c22b
e4a8aea2b607ec96931e6f4d4fe563ba

$ keyctl pipe 440502848 > kmk.blob

Загрузите доверенный ключ из сохраненного большого двоичного объекта:

$ keyctl add trusted kmk "load `cat kmk.blob`" @u
268728824

$ keyctl print 268728824
0101000000000000000001005d01b7e3f4a6be5709930f3b70a743cbb42e0cc95e18e915
3f60da455bbf1144ad12e4f92b452f966929f6105fd29ca28e4d4d5a031d068478bacb0b
27351119f822911b0a11ba3d3498ba6a32e50dac7f32894dd890eb9ad578e4e292c83722
a52e56a097e6a68b3f56f7a52ece0cdccba1eb62cad7d817f6dc58898b3ac15f36026fec
d568bd4a706cb60bb37be6d8f1240661199d640b66fb0fe3b079f97f450b9ef9c22c6d5d
dd379f0facd1cd020281dfa3c70ba21a3fa6fc2471dc6d13ecf8298b946f65345faa5ef0
f1f8fff03ad0acb083725535636addb08d73dedb9832da198081e5deae84bfaf0409c22b
e4a8aea2b607ec96931e6f4d4fe563ba

Повторно запечатайте доверенный ключ с новыми значениями pcr:

$ keyctl update 268728824 "update pcrinfo=`cat pcr.blob`"
$ keyctl print 268728824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Первоначальным потребителем доверенных ключей является EVM, которому во время загрузки требуется симметричный ключ высокого качества для защиты HMAC метаданных файлов. Использование доверенного ключа обеспечивает надежные гарантии того, что ключ EVM не был скомпрометирован из-за проблемы на уровне пользователя, и, будучи запечатанным с определенными значениями PCR загрузки, защищает от атак загрузки и офлайн. Создайте и сохраните зашифрованный ключ «evm», используя указанный выше доверенный ключ «kmk»:

вариант 1: исключение "формата"

$ keyctl add encrypted evm "new trusted:kmk 32" @u
159771175

вариант 2: явное определение "формата" как "по умолчанию"

$ keyctl add encrypted evm "new default trusted:kmk 32" @u
159771175

$ keyctl print 159771175
default trusted:kmk 32 2375725ad57798846a9bbd240de8906f006e66c03af53b1b3
82dbbc55be2a44616e4959430436dc4f2a7a9659aa60bb4652aeb2120f149ed197c564e0
24717c64 5972dcb82ab2dde83376d82b2e3c09ffc

$ keyctl pipe 159771175 > evm.blob

Загрузите зашифрованный ключ «evm» из сохраненного большого двоичного объекта:

$ keyctl add encrypted evm "load `cat evm.blob`" @u
831684262

$ keyctl print 831684262
default trusted:kmk 32 2375725ad57798846a9bbd240de8906f006e66c03af53b1b3
82dbbc55be2a44616e4959430436dc4f2a7a9659aa60bb4652aeb2120f149ed197c564e0
24717c64 5972dcb82ab2dde83376d82b2e3c09ffc

Ожидается и другое использование доверенных и зашифрованных ключей, например, для шифрования дисков и файлов. В частности, был определен новый формат ecryptfs для использования зашифрованных ключей для монтирования файловой системы eCryptfs. Более подробную информацию об использовании можно найти в файле «Documentation / security / keys-ecryptfs.txt».

Как я могу зашифровать байты с помощью модуля TPM машины?

Зависит от ваших намерений и обстоятельств:

• Какой у вас TPM (на одну семью или две семьи)?
• В каком состоянии находится TPM? Это было в собственности? Это было подготовлено?
• Какой у вас язык программирования?
• Вы хотите зашифровать или подписать? (это расплывчато от остального вопроса)
• Насколько велики данные, которые вы хотите зашифровать?
• Вы хотите использовать симметричный ключ или асимметричный ключ?
• Вы хотите использовать ключ, который уже существует в TPM, или хотите, чтобы он сначала создал ключ?
• Под «шифрованием» вы, возможно, имеете в виду «обернуть ключ»?
• Вы хотите привязать зашифрованные данные к конфигурации системы, чтобы их можно было расшифровать только тогда, когда система вернется в ту же конфигурацию?
• Вы хотите требовать авторизацию для расшифровки?
• Возможно, вам вообще не нужно шифровать, а лучше хранить данные в TPM?
• Если вы храните данные в TPM, хотите ли вы потребовать авторизацию или чтобы система была в определенной конфигурации для извлечения?

Каждый из этих вариантов использования (а их больше) или их комбинация представляет разные пути реализации. Думайте о TPM как о швейцарском армейском ноже для криптографических устройств: с ним мало что можно сделать, но простота использования страдает от этой универсальности. Вопрос продолжает колебаться между шифрованием, подписью и блокировкой конфигурации системы, но основная часть этого ответа будет учитывать, что команда Seal покрывает большинство потребностей, описанных в вопросе.

Пришло время сделать еще один шаг вперед. Я хочу зашифровать некоторые данные (например, главный ключ шифрования жесткого диска), которые могут быть расшифрованы только локальным TPM.

Для этого предназначена команда Bind (заменена командой Create для TPM 2). Вы загружаете ключ, производный от ключа, привязанного к TPM, и шифруете с его помощью (или напрямую с помощью ключа с привязкой к оборудованию). Таким образом, данные могут быть расшифрованы только с доступом к тому же TPM.

Другими словами, я хочу заменить Qualcomm Trusted Execution Environment (TEE) на блок-схеме ниже для Android на TPM в Windows:

Не уверен, что воспроизведение всего этого процесса - хорошая идея. Во-первых, нет необходимости использовать операцию подписи где-либо в процессе. Похоже, что в то время, когда разрабатывалась Android 5, API хранилища ключей был ограничен операциями подписи и проверки. Мое лучшее предположение состоит в том, что команда по шифрованию дисков сделала все возможное, чтобы работать с тем, что у них было, и разработала алгоритм, посредством которого один из промежуточных ключей был получен с помощью операции подписи с использованием сохраненного ключа TEE, тем самым привязав весь процесс к аппаратному обеспечению. связанный ключ доступен только на платформе - в то время единственным способом сделать это было подписание. Однако нет необходимости ограничивать себя подобными способами, если у вас есть доступ к TPM, который дает вам больше возможностей, чем вы предполагали!

Я понимаю, что TPM не подписывает данные

Это неверно, обе версии TPM поддерживают подписывание.

(или, если это так, это не гарантирует, что подписание одних и тех же данных будет давать один и тот же двоичный вывод каждый раз)

Это не имеет никакого смысла. Подписание тех же данных одним и тем же ключом приведет к такой же подписи. Вы можете спутать операцию подписи с операцией цитирования, которая будет смешиваться с одноразовым идентификатором.

Вот почему я хотел бы заменить «подпись RSA» на «шифрование 256-битного BLOB-объекта с помощью аппаратного ключа».

На самом деле это должен быть предпочтительный вариант, хотя оба варианта возможны с TPM. См. Выше.

Проблема в том, что программирование TPM полностью недокументировано в MSDN. API для выполнения каких-либо операций отсутствует.

К сожалению, документировать особо нечего. Win API ограничен парой функций TBS, которые удалены из драйвера на один уровень.

Вместо этого вам нужно найти себе копию стека программного обеспечения Trusted Computing Group (также известного как TSS), выяснить, какие команды отправлять в TPM с полезными данными, в каком порядке, и вызвать функцию Window Tbsip_Submit_Command для непосредственной отправки команд:

На самом деле нет, если бы у вас был TSS, вам бы не пришлось его использовать Tbsip_submit_Command(). В этом весь смысл TSS - детали низкого уровня абстрагируются.

В Windows нет API более высокого уровня для выполнения действий.

По-прежнему верно для TPM 1, но для TPM 2 есть TSS.MSR .

Это моральный эквивалент попытки создать текстовый файл с помощью команд ввода-вывода SATA на ваш жесткий диск.

Верный.

Почему бы просто не использовать брюки ... Проблема с этим кодом в том, что он не переносится в мир Windows. Например, вы не можете использовать его из Delphi, вы не можете использовать его из C #. Требуется: OpenSSL, pThread

Непонятно, является ли это непреодолимой задачей. Доступ к TrouSerS через взаимодействие предпочтительнее перезаписи всего кода структурирования данных. Кроме того, doTSSна момент написания был вопрос.

Каков эквивалентный код для шифрования данных с помощью TPM? Вероятно, это связано с командой TPM_seal. Хотя я думаю, что не хочу запечатывать данные, я думаю, что хочу их привязать:

Вопрос содержит цитату, описывающую разницу между двумя командами, поэтому не должно быть большой путаницы. Запечатывание аналогично связыванию с дополнительным ограничением, заключающимся в том, что состояние системы должно быть таким же, чтобы данные были распечатаны.

Таким же образом я смог предоставить:

Byte[] ProtectBytes_Crypt(Byte[] plaintext)
{
   //...
   CryptProtectData(...); 
   //...
}

может кто-нибудь предоставить соответствующий эквивалент:

Byte[] ProtectBytes_TPM(Byte[] plaintext)
{
   //...
   Tbsip_Submit_Command(...);
   Tbsip_Submit_Command(...);
   Tbsip_Submit_Command(...);
   //...snip...
   Tbsip_Submit_Command(...);
   //...
}

что делает то же самое, за исключением того, что ключ, заблокированный в System LSA, заблокирован в TPM?

Во-первых, стоит отметить, что есть две основные версии TPM, которые полностью несовместимы между собой. Таким образом, практически никакой код, который вы, возможно, написали для TPM 1, не будет работать для TPM 2. TBS API - единственный общий код между ними, и, честно говоря, это могло быть одной из причин, по которой этот API никогда не рос. В основной части ответа будет представлен код TPM 1 по двум причинам:

• Вопрос содержит конкретные концепции TPM 1, поэтому люди, использующие TPM 1, с большей вероятностью попадут сюда в поисках их.
• Существует реализация Microsoft TSS для TPM 2.

Во-вторых, уточним вопрос. Я переосмысливаю это следующим образом:

How do I write code in C#, using only the TBS API, to interface with
an already owned and provisioned TPM to, without user interaction,
encrypt no more than 128 bytes of arbitrary data with an asymmetric
key already resident in the TPM and bound to it, but not protected
with a password, so that in order to decrypt the data the system may
need to be in the same state it was in at encryption time based on an
easily configurable variable?

Команда Seal лучше всего подходит для этого, поскольку она выполняет ту же функцию, что и команда Bind, когда размер выбора PCR установлен на ноль, но выбор PCR можно легко изменить, чтобы включить любые PCR, которые вы можете пожелать. Это заставляет задуматься, почему команда Bind вообще была включена в спецификацию, и, как уже отмечалось, она была удалена из спецификации TPM 2, и обе были объединены в одну команду Create.

Вот код C # для использования команды TPM 1.2 Seal для шифрования данных с использованием только функций TBS (примечание: этот код не протестирован и вряд ли будет работать без отладки) :

[DllImport ("tbs.dll")]
unsafe static extern UInt32 Tbsi_Context_Create (UInt32 * version, IntPtr * hContext);

[DllImport ("tbs.dll")]
unsafe static extern UInt32 Tbsip_Context_Close (IntPtr hContext);

[DllImport ("tbs.dll")]
unsafe static extern UInt32 Tbsip_Submit_Command (
    IntPtr hContext, UInt32 Locality, 
    UInt32 Priority, 
    byte * pCommandBuf, 
    UInt32 CommandBufLen, 
    byte * pResultBuf, 
    UInt32 * pResultBufLen);

byte[] ProtectBytes_TPM (byte[] plaintext) {

    void AddUInt32Reversed (byte[] a, System.UInt32 o, ref int i) {
        byte[] bytes = System.BitConverter.GetBytes (o);
        Array.Reverse (bytes);
        Array.Copy (bytes, 0, a, i, bytes.Length);
        i += bytes.Length;
    }
    void AddUInt16Reversed (byte[] a, System.UInt16 o, ref int i) {
        byte[] bytes = System.BitConverter.GetBytes (o);
        Array.Reverse (bytes);
        Array.Copy (bytes, 0, a, i, bytes.Length);
        i += bytes.Length;
    }
    void AddBool (byte[] a, byte b, ref int i) {
        a[i] = b;
        i += 1;
    }
    void AddBlob (byte[] a, byte[] b, ref int i) {
        Array.Copy (b, 0, a, i, b.Length);
        i += b.Length;
    }
    byte[] Xor (byte[] text, byte[] key) {
        byte[] xor = new byte[text.Length];
        for (int i = 0; i < text.Length; i++) {
            xor[i] = (byte) (text[i] ^ key[i % key.Length]);
        }
        return xor;
    }

    int offset;

    Random rnd = new Random ();

    IntPtr hContext = IntPtr.Zero;
    unsafe {
        UInt32 version = 1;
        IntPtr handle = hContext;
        UInt32 result = Tbsi_Context_Create ( & version, & handle);

        if (result == 0) {
            hContext = handle;
        }
    }

    byte[] cmdBuf = new byte[768];

    //OSAP
    System.UInt32 outSize;

    byte[] oddOsap = new byte[20];
    byte[] evenOsap = new byte[20];
    byte[] nonceEven = new byte[20];
    byte[] nonceOdd = new byte[20];
    System.UInt32 hAuth = 0;

    offset = 0;
    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x00C1, ref offset);
    offset = 6;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x0000000B, ref offset);

    offset = 2 + 4 + 4; //2 for tag, 4 for size and 4 for command code

    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x0004, ref offset); //Entity Type SRK = 0x0004
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x40000000, ref offset); //Entity Value SRK = 0x40000000
    rnd.NextBytes (oddOsap);
    AddBlob (cmdBuf, oddOsap, ref offset);
    uint cmdSize = (System.UInt32) offset;
    offset = 2;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, cmdSize, ref offset);

    outSize = (System.UInt32) (Marshal.SizeOf (hAuth) + nonceEven.Length + evenOsap.Length);

    byte[] response = new byte[outSize];
    unsafe {
        UInt32 result = 0;

        //uint cmdSize = (uint)offset;
        uint resSize = outSize;
        fixed (byte * pCmd = cmdBuf, pRes = response) {
            result = Tbsip_Submit_Command (hContext, 0, 200, pCmd, cmdSize, pRes, & resSize);
        }
    }

    byte contSession = 0;
    System.UInt32 hKey = 0x40000000; //TPM_KH_SRK;
    System.UInt32 pcrInfoSize = 0;
    byte[] srkAuthdata = { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 };
    uint inDataSize = (uint) plaintext.Length;

    offset = 2 + 4 + 4; //2 for tag, 4 for size and 4 for return code
    byte[] hauthbytes = new byte[Marshal.SizeOf (hAuth)];
    Array.Copy (response, offset, hauthbytes, 0, hauthbytes.Length);
    Array.Reverse (hauthbytes);
    hAuth = System.BitConverter.ToUInt32 (hauthbytes, 0);
    offset += Marshal.SizeOf (hAuth);
    Array.Copy (response, offset, nonceEven, 0, nonceEven.Length);
    offset += nonceEven.Length;
    Array.Copy (response, offset, evenOsap, 0, evenOsap.Length);

    //shared-secret = HMAC(srk_auth, even_osap || odd_osap)
    byte[] sharedSecretBuf = new byte[evenOsap.Length + oddOsap.Length];
    Array.Copy (evenOsap, 0, sharedSecretBuf, 0, evenOsap.Length);
    Array.Copy (oddOsap, 0, sharedSecretBuf, evenOsap.Length, oddOsap.Length);
    System.Security.Cryptography.HMACSHA1 sharedSecretHmac = new System.Security.Cryptography.HMACSHA1 (srkAuthdata);
    byte[] sharedSecret = sharedSecretHmac.ComputeHash (sharedSecretBuf);

    byte[] authSha1InBuf = new byte[sharedSecret.Length + nonceEven.Length];
    Array.Copy (sharedSecret, 0, authSha1InBuf, 0, sharedSecret.Length);
    Array.Copy (nonceEven, 0, authSha1InBuf, sharedSecret.Length, nonceEven.Length);
    System.Security.Cryptography.SHA1Managed sha1 = new System.Security.Cryptography.SHA1Managed ();
    byte[] authSha1 = sha1.ComputeHash (authSha1InBuf);
    byte[] encAuth = Xor (srkAuthdata, authSha1);

    //inParamDigest = sha1(1S ~ 6S) 
    int paramInDigestInBufSize =
        sizeof (System.UInt32) + 
        encAuth.Length +
        Marshal.SizeOf (pcrInfoSize) +
        Marshal.SizeOf (inDataSize) +
        (int) inDataSize;
    byte[] paramInDigestInBuf = new byte[paramInDigestInBufSize];
    offset = 0;
    AddUInt32Reversed (paramInDigestInBuf, 0x00000017, ref offset);
    AddBlob (paramInDigestInBuf, encAuth, ref offset);
    AddUInt32Reversed (paramInDigestInBuf, 0x0, ref offset); //PCR info size
    AddUInt32Reversed (paramInDigestInBuf, inDataSize, ref offset);
    AddBlob (paramInDigestInBuf, plaintext, ref offset);

    byte[] paramInDigest = sha1.ComputeHash (paramInDigestInBuf);

    int pubAuthInBufSize = paramInDigest.Length + nonceEven.Length + nonceOdd.Length + Marshal.SizeOf (contSession);
    byte[] pubAuthInBuf = new byte[pubAuthInBufSize];

    offset = 0;
    AddBlob (pubAuthInBuf, paramInDigest, ref offset);
    AddBlob (pubAuthInBuf, nonceEven, ref offset);
    AddBlob (pubAuthInBuf, nonceOdd, ref offset);
    AddBool (pubAuthInBuf, contSession, ref offset);
    System.Security.Cryptography.HMACSHA1 pubAuthHmac = new System.Security.Cryptography.HMACSHA1 (sharedSecret);
    byte[] pubAuth = pubAuthHmac.ComputeHash (pubAuthInBuf);

    //Seal
    offset = 0;
    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x00C2, ref offset); // TPM_TAG_RQU_AUTH1_COMMAND;
    offset = 6;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x00000017, ref offset); // TPM_ORD_SEAL;
    offset = 2 + 4 + 4; //2 for tag, 4 for size and 4 for command code

    AddUInt32Reversed (cmdBuf, hKey, ref offset);
    AddBlob (cmdBuf, encAuth, ref offset);
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, pcrInfoSize, ref offset);
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, inDataSize, ref offset);
    AddBlob (cmdBuf, plaintext, ref offset);

    AddUInt32Reversed (cmdBuf, hAuth, ref offset);
    AddBlob (cmdBuf, nonceOdd, ref offset);
    AddBool (cmdBuf, contSession, ref offset);
    AddBlob (cmdBuf, pubAuth, ref offset);
    cmdSize = (System.UInt32) offset;
    offset = 2;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, cmdSize, ref offset);

    outSize = 768;
    uint responseSize = 0;

    response = new byte[outSize];
    unsafe {
        UInt32 result = 0;

        uint resSize = outSize;
        fixed (byte * pCmd = cmdBuf, pRes = response) {
            result = Tbsip_Submit_Command (hContext, 0, 200, pCmd, cmdSize, pRes, & resSize);
        }
        responseSize = resSize;
    }

    byte[] retBuffer = new byte[responseSize - 10];
    Array.Copy (response, 10, retBuffer, 0, retBuffer.Length);
    Tbsip_Context_Close (hContext);
    return retBuffer;

}

Анализ кода:

[DllImport ("tbs.dll")]
...

Это некоторые из немногих функций, доступных в Tbs.h, и единственные, которые мы будем здесь использовать. По сути, они позволяют открывать дескриптор устройства и взаимодействовать с ним, отправляя и получая необработанные байты.

    void AddUInt32Reversed (byte[] a, System.UInt32 o, ref int i) { ... }
    void AddUInt16Reversed (byte[] a, System.UInt16 o, ref int i) { ... }
    void AddBool (byte[] a, byte b, ref int i) { ... }
    void AddBlob (byte[] a, byte[] b, ref int i) { ... }

TPM - с прямым порядком байтов, Windows - с прямым порядком байтов. Таким образом, порядок байтов должен быть изменен на обратный для любых данных, которые мы отправляем. Здесь нам нужно только позаботиться об инверсии 32-битных и 16-битных беззнаковых целых чисел.

    ...
    UInt32 result = Tbsi_Context_Create ( & version, & handle);
    ...

Здесь мы используем Tbsi_Context_Create (), чтобы открыть дескриптор для взаимодействия с TPM. TBS_CONTEXT_PARAMSПараметр просто C структура с одним беззнаковым 32-битовым полем INT , который должен быть установлен в 1 , чтобы поговорить с TPM 1.2 , например, и то , что мы устанавливаем его.

    byte[] cmdBuf = new byte[768];

Это указано как минимальный размер буфера в спецификации клиента TPM PC Client . Для наших нужд здесь будет более чем достаточно.

TPM 1.2 Spec Part 3 говорит следующее:

TPM_Seal requires the encryption of one parameter (“Secret”). For the
sake of uniformity with other commands that require the encryption of
more than one parameter, the string used for XOR encryption is
generated by concatenating a nonce (created during the OSAP session)
with the session shared secret and then hashing the result.

Нам необходимо выполнить XOR-шифрование этого «секретного» параметра, используя одноразовый номер, сгенерированный во время сеанса OSAP. Один из дескрипторов ввода команды Seal также является дескриптором OSAP:

The authorization session handle used for keyHandle authorization.
Must be an OSAP session for this command.

Итак, нам нужно сначала установить этот сеанс OSAP. Описывается OSAP, в котором данные авторизации объекта смешиваются с одноразовыми номерами, сгенерированными на каждой стороне, для предотвращения ответных атак. Следовательно, «общий секрет» известен только двум сторонам в этом сеансе: стороне, которая инициировала сеанс (пользователь), и стороне, которая его приняла (TPM); кроме того, обе стороны должны иметь одинаковые данные авторизации объекта, чтобы «общий секрет» был одинаковым; кроме того, «общий секрет», используемый в одном сеансе, будет недействителен в другом. Эта диаграмма из спецификации описывает процесс: спецификации TPM 1.2, часть 1 . OSAP, или протокол объектно-ориентированной авторизации, был изобретен для обработки случая использования, когда вы хотите использовать объект TPM, который требует авторизации несколько раз, но не хочет предоставлять авторизацию каждый раз: вместо этого используется сеанс OSAP, который полагается о концепции «общего секрета», которым является HMAC

В этом конкретном случае мы не будем использовать несколько сеансов (фактически, этот параметр игнорируется командой Seal!), И ключ, который мы будем использовать, не требует авторизации, но, к сожалению, мы по-прежнему связаны спецификацией, чтобы установить OSAP. сеанс.

    offset = 0;
    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x00C1, ref offset);
    offset = 6;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x0000000B, ref offset);

    offset = 2 + 4 + 4; //2 for tag, 4 for size and 4 for command code

    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x0004, ref offset); //Entity Type SRK = 0x0004
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x40000000, ref offset); //Entity Value SRK = 0x40000000
    rnd.NextBytes (oddOsap);
    AddBlob (cmdBuf, oddOsap, ref offset);
    uint cmdSize = (System.UInt32) offset;

Операнды команды TPM_OSAP:

Каждая команда TPM 1.2 представлена ​​следующим образом:

  2 bytes       4 bytes             4 bytes
+---------+------------------+------------------+---------------------------
|   Tag   |       Size       |   Command code   |    Command body    ....
+---------+------------------+------------------+---------------------------

Тег представляет собой двухбайтовое значение, которое указывает, является ли то, что следует далее, вводом или выводом, и есть ли какие-либо значения данных аутентификации после параметров команды. Для TPM_OSAP тег должен иметь вид TPM_TAG_RQU_COMMAND (0x00C1) согласно спецификации, что означает «команда без авторизации».

Размер - это четырехбайтовое значение, указывающее размер команды в байтах, включая тег и сам размер. Мы установим это значение позже, когда вычислим его.

Код команды - это четырехбайтовое значение, которое передается как идентификатор команды: он сообщает TPM, как интерпретировать остальную часть команды. Код нашей команды здесь - TPM_OSAP (0x0000000B).

Следующие две вещи, которые нужно установить, - это тип сущности и значение сущности. Поскольку мы хотим использовать ключ, который уже существует в TPM, мы будем использовать тип объекта «SRK» (0x0004), и, поскольку мы работаем в предположении, что TPM уже принадлежит, можно с уверенностью предположить, что он SRK, загруженный под постоянным дескриптором 0x40000000 в соответствии со спецификацией, поэтому мы будем использовать это постоянное значение дескриптора для значения нашей сущности. (SRK означает «корневой ключ хранилища» и является корневым ключом, из которого происходит большинство других ключей, принадлежащих TPM)

    result = Tbsip_Submit_Command (hContext, 0, 200, pCmd, cmdSize, pRes, & resSize);

Наконец, мы вычисляем размер команды, устанавливаем его и отправляем команду.

    offset = 2 + 4 + 4; //2 for tag, 4 for size and 4 for return code
    byte[] hauthbytes = new byte[Marshal.SizeOf (hAuth)];
    Array.Copy (response, offset, hauthbytes, 0, hauthbytes.Length);
    Array.Reverse (hauthbytes);
    hAuth = System.BitConverter.ToUInt32 (hauthbytes, 0);
    offset += Marshal.SizeOf (hAuth);
    Array.Copy (response, offset, nonceEven, 0, nonceEven.Length);
    offset += nonceEven.Length;
    Array.Copy (response, offset, evenOsap, 0, evenOsap.Length);

Данные, которые мы должны получить обратно от TPM на TPM_OSAP:

Итак, возвращаемся:

• Дескриптор авторизации для использования с нашей основной командой (печать)
• nonceEven: одноразовый номер, сгенерированный TPM для использования с основной командой
• nonceEvenOSAP: nonce OSAP, который является контр-nonce к nonce, который мы сгенерировали на нашей стороне перед отправкой команды TPM_OSAP. Эти два одноразовых номера будут использоваться для генерации «общего секрета».

Мы извлекаем эти значения и сохраняем их в переменных.

    byte[] sharedSecretBuf = new byte[evenOsap.Length + oddOsap.Length];
    Array.Copy (evenOsap, 0, sharedSecretBuf, 0, evenOsap.Length);
    Array.Copy (oddOsap, 0, sharedSecretBuf, evenOsap.Length, oddOsap.Length);
    System.Security.Cryptography.HMACSHA1 sharedSecretHmac = new System.Security.Cryptography.HMACSHA1 (srkAuthdata);
    byte[] sharedSecret = sharedSecretHmac.ComputeHash (sharedSecretBuf);

Затем мы вычисляем «общий секрет». Согласно спецификации, в расчет входят два одноразовых номера OSAP (один сгенерирован пользователем, а другой - TPM) и значение авторизации для ключа, который мы хотим использовать - SRK. По соглашению, значением авторизации SRK является «хорошо известная авторизация»: обнуленный 20-байтовый буфер. Технически, можно было бы изменить это значение на другое, когда становитесь владельцем TPM, но на практике это не делается, поэтому мы можем с уверенностью предположить, что значение «хорошо известной аутентификации» является хорошим.

Теперь давайте посмотрим, что входит в команду TPM_Seal:

Большинство из этих параметров легко построить, за исключением двух из них: encAuthи pubAuth. Давайте посмотрим на них по очереди.

encAuthэто «Зашифрованные данные AuthData для запечатанных данных». Наши AuthData здесь - это «хорошо известный аутентификатор» из прошлого, но да, нам все еще нужно его зашифровать. Поскольку мы используем сеанс OSAP, он зашифрован в соответствии с ADIP или протоколом вставки данных авторизации. Из спецификации: «ADIP позволяет создавать новые объекты и безопасную вставку новых объектов AuthData. Передача новых AuthData использует шифрование с ключом, основанным на общем секрете сеанса OSAP». Дополнительно: «Для обязательного алгоритма шифрования XOR создатель создает ключ шифрования, используя хэш SHA-1 общего секрета OSAP и одноразовый номер сеанса. Создатель XOR шифрует новые AuthData, используя ключ шифрования в качестве одноразового блокнота и отправляет эти зашифрованные данные вместе с запросом на создание в TPM. "

Следующая диаграмма объясняет, как работает ADIP:

pubAuth"Дайджест сеанса авторизации для входов и keyHandle". В части 1 спецификации в разделе «Объявления параметров для примеров OIAP и OSAP» объясняется, как интерпретировать приведенную выше таблицу параметров TPM_Seal: «В столбце HMAC # подробно описаны параметры, используемые в вычислении HMAC. Параметры 1S, 2S и т. Д. Объединены и хешируется в inParamDigest или outParamDigest, неявно вызывается 1H1 и, возможно, 1H2, если существует два сеанса авторизации. Для первого сеанса 1H1, 2H1, 3H1 и 4H1 объединяются и объединяются в HMAC. Для второго сеанса 1H2, 2H2, 3H2, и 4H2 объединены и связаны с HMAC ". Таким образом, нам нужно будет хешировать открытый текст, его размер, размер информации PCR encAuthсверху и порядковый номер TPM_Seal, а затем HMAC, который с двумя одноразовыми номерами и логическим значением «продолжить сеанс», используя OSAP »

Собираем все вместе на диаграмме:

Обратите внимание, как в этом коде мы устанавливаем «Размер информации PCR» равным нулю, поскольку мы просто хотим зашифровать данные, не привязывая их к состоянию системы. Однако при необходимости предоставить структуру «Информация о ПЦР» нетрудно.

    offset = 0;
    AddUInt16Reversed (cmdBuf, 0x00C2, ref offset); 
    offset = 6;
    AddUInt32Reversed (cmdBuf, 0x00000017, ref offset); // TPM_ORD_SEAL;
    ...
    result = Tbsip_Submit_Command (hContext, 0, 200, pCmd, cmdSize, pRes, & resSize);

Наконец, мы создаем команду и отправляем ее.

    byte[] retBuffer = new byte[responseSize - 10];
    Array.Copy (response, 10, retBuffer, 0, retBuffer.Length);
    Tbsip_Context_Close (hContext);
    return retBuffer;

Мы используем функцию Tbsip_Context_Close (), чтобы закрыть наш коммуникационный дескриптор.

Мы возвращаем ответ как есть здесь. В идеале вам нужно снова перевернуть байты и проверить его, пересчитав resAuthзначение, чтобы предотвратить атаки « злоумышленник в середине».

Что сбивает с толку, так это то, что нет команды Tspi_Data_Bind.

Это связано с тем, что Tspi_Data_Bind - это команда TSS, а не команда TPM. Причина в том, что для этого не требуются секреты (используется только открытый ключ), поэтому это можно сделать без использования TPM. Однако это вызвало путаницу, и даже команды, не требующие секретов, теперь включены в спецификацию TPM 2.

Как я могу зашифровать ключ с помощью открытого ключа TPM?

Зависит от версии TPM. С помощью команды TPM_CreateWrapKey для TPM 1.2. С помощью команды TPM2_Create для TPM 2.

Как разработчик блокирует ключ к TPM?

Либо создайте его в TPM, либо оберните, либо используйте любой другой из доступных методов.

TPM2_Create, указав ключ HMAC

Текст в книге сбивает с толку. Вы не указываете ключ HMAC , вы указываете, что вам нужен ключ HMAC .

Тот факт, что ключ HMAC не является секретным, имеет смысл

Нет, это не имеет смысла. Ключ секретный.

... использовать ключи, сохраняя их в аппаратном устройстве ... Отлично! Как ты это делаешь!?

Есть команды для создания ключей или их импорта для обеих версий TPM. Для TPM 1 был только один корневой ключ - SRK - из которого можно было установить иерархию ключей, создав обернутые ключи. С TPM 2 у вас может быть несколько первичных или корневых ключей.

Имеет ли TPM возможность генерировать криптографические ключи и защищать свои секреты в пределах аппаратного обеспечения? Так как?

См. Выше.

Превосходно! Это именно тот вариант использования, который мне и нужен. Также в этом случае Microsoft использует TPM. Как мне это сделать!?

Наверное, зависит от типа привода. В случае дисков без SED ключ шифрования диска, вероятно, заключен в ключ TPM. В случае дисков SED пароль Admin1 (или такой) запечатан с помощью TPM.

Ключ подтверждения или EK ... Где-то внутри TPM находится закрытый ключ RSA. Этот ключ заперт там - его никогда не увидит внешний мир. Я хочу, чтобы TPM что-то подписывал своим закрытым ключом (т. Е. Зашифровывал это своим закрытым ключом).

EK - это не ключ подписи - это ключ шифрования. Однако это не универсальный ключ шифрования: его можно использовать только в определенных контекстах .

Но на самом деле я бы хотел "запечатать" некоторые данные.

См. Выше.

Когда это говорит

указание ключа HMAC

это НЕ означает предоставить ключ HMAC - это означает «указать на ключ HMAC, который вы хотите использовать» .

TPM могут использовать практически неограниченное количество ключей HMAC, как указано в книге. Вы должны указать TPM, какой из них использовать.