Como criar e validar assinaturas digitais

Neste tópico, fornecemos informações sobre como criar e validar assinaturas digitais com base em chaves assimétricas.

Uma assinatura digital é criada usando a parte de chave privada de uma chave assimétrica. A assinatura é validada usando a parte de chave pública da mesma chave assimétrica.

Antes de começar

  • Ao criar assinaturas digitais, você precisa usar uma chave que tenha a finalidade de chave de ASYMMETRIC_SIGN. Ao criar a chave, use ASYMMETRIC_SIGN.

  • Para validar uma assinatura, você precisa conhecer o algoritmo completo usado na criação da chave. Para as instruções de linha de comando abaixo que usam o comando openssl, você precisa passar essas informações para esses comandos.

  • Conceda a permissão cloudkms.cryptoKeyVersions.useToSign na chave assimétrica ao usuário ou serviço que executará a assinatura. Saiba mais sobre permissões no Cloud Key Management Service em Permissões e papéis.

  • Para validar uma assinatura, conceda a permissão cloudkms.cryptoKeyVersions.viewPublicKey na chave assimétrica ao usuário ou serviço que fará o download da chave pública que será usada para validação.

  • Para usar a linha de comando, instale o OpenSSL, se ainda não o tiver. Se você usa o Cloud Shell, o OpenSSL já está instalado.

Dados x resumo

A entrada fornecida para solicitações AsymmetricSign pode ser transmitida por meio do campo data ou digest. Esses campos não podem ser especificados ao mesmo tempo. Alguns algoritmos exigem o campo de dados, como algoritmos brutos e assinatura com uma chave do Cloud External Key Manager.

Algoritmos brutos

Os algoritmos "RAW", identificados pelo prefixo RSA_SIGN_RAW_, são uma variante da assinatura PKCS #1 que omite a codificação em um DigestInfo. Na variante:

  • Um resumo é computado sobre a mensagem a ser assinada.
  • O preenchimento PKCS #1 é aplicado diretamente ao resumo.
  • Uma assinatura do resumo preenchido é calculada usando a chave privada RSA.

Para usar estes algoritmos:

  • Os dados brutos precisam ser fornecidos (em vez de um resumo) como parte do campo data.
  • Os dados têm um limite de comprimento de 11 bytes a menos que o tamanho da chave RSA. Por exemplo, a PKCS #1 com uma chave RSA de 2.048 bits pode assinar no máximo 245 bytes.
  • Conceda o papel cloudkms.expertRawPKCS1 ao usuário ou serviço apropriado. Saiba mais sobre permissões no Cloud Key Management Service em Permissões e papéis.

Ao usar algoritmos brutos, também é possível assinar um tipo de resumo para o qual um algoritmo predefinido não está disponível. Por exemplo, é possível usar uma chave RSA_SIGN_RAW_2048 para assinar uma estrutura SHA-512 PKCS nº 1 DigestInfo que já foi calculada externamente. Esse processo cria os mesmos resultados que um algoritmo RSA_SIGN_PKCS1_2048_SHA512 padrão.

Suporte a ECDSA para outros algoritmos de hash

Nossos algoritmos de assinatura ECDSA têm o formato geral:

EC_SIGN_ELLIPTIC_CURVE_[DIGEST_ALGORITHM]

DIGEST_ALGORITHM tem o valor SHA256, SHA384 ou SHA512. Como o hash é realizado antes da criação da assinatura, esses algoritmos de assinatura também podem ser usados com resumos diferentes de SHA, como Keccak. Para usar um resumo do Keccak, forneça um valor de hash do Keccak e use o algoritmo de resumo SHA com o mesmo comprimento. Por exemplo, é possível usar um resumo KECCAK256 em uma solicitação com o algoritmo EC_SIGN_P256_SHA256.

Como criar uma assinatura

gcloud

Para usar o Cloud KMS na linha de comando, primeiro instale ou faça upgrade para a versão mais recente da Google Cloud CLI.

gcloud kms asymmetric-sign \
    --version key-version \
    --key key \
    --keyring key-ring \
    --location location \
    --digest-algorithm digest-algorithm \
    --input-file input-file \
    --signature-file signature-file

Substitua key-version pela versão da chave a ser usada para assinatura. Substitua key pelo nome da chave. Substitua key-ring pelo nome do keyring em que a chave está localizada. Substitua location pelo local do Cloud KMS do keyring. Substitua digest-algorithm pelo algoritmo a ser usado. Omita digest-algorithm para enviar input-file ao Cloud KMS para assinatura. Substitua input-file e signature-file pelos caminhos locais do arquivo a ser assinado e do arquivo de assinatura.

Para informações sobre todas as sinalizações e valores possíveis, execute o comando com a sinalização --help.

C#

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento C# e instale o SDK do Cloud KMS para C#.


using Google.Cloud.Kms.V1;
using Google.Protobuf;
using System.Security.Cryptography;
using System.Text;

public class SignAsymmetricSample
{
    public byte[] SignAsymmetric(
      string projectId = "my-project", string locationId = "us-east1", string keyRingId = "my-key-ring", string keyId = "my-key", string keyVersionId = "123",
      string message = "Sample message")
    {
        // Create the client.
        KeyManagementServiceClient client = KeyManagementServiceClient.Create();

        // Build the key version name.
        CryptoKeyVersionName keyVersionName = new CryptoKeyVersionName(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId);

        // Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
        // ciphertexts are always byte arrays.
        byte[] plaintext = Encoding.UTF8.GetBytes(message);

        // Calculate the digest.
        SHA256 sha256 = SHA256.Create();
        byte[] hash = sha256.ComputeHash(plaintext);

        // Build the digest.
        //
        // Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
        // example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
        Digest digest = new Digest
        {
            Sha256 = ByteString.CopyFrom(hash),
        };

        // Call the API.
        AsymmetricSignResponse result = client.AsymmetricSign(keyVersionName, digest);

        // Get the signature.
        byte[] signature = result.Signature.ToByteArray();

        // Return the result.
        return signature;
    }
}

Go

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento Go e instale o SDK do Cloud KMS para Go.

import (
	"context"
	"crypto/sha256"
	"fmt"
	"hash/crc32"
	"io"

	kms "cloud.google.com/go/kms/apiv1"
	"cloud.google.com/go/kms/apiv1/kmspb"
	"google.golang.org/protobuf/types/known/wrapperspb"
)

// signAsymmetric will sign a plaintext message using a saved asymmetric private
// key stored in Cloud KMS.
func signAsymmetric(w io.Writer, name string, message string) error {
	// name := "projects/my-project/locations/us-east1/keyRings/my-key-ring/cryptoKeys/my-key/cryptoKeyVersions/123"
	// message := "my message"

	// Create the client.
	ctx := context.Background()
	client, err := kms.NewKeyManagementClient(ctx)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to create kms client: %w", err)
	}
	defer client.Close()

	// Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
	// ciphertexts are always byte arrays.
	plaintext := []byte(message)

	// Calculate the digest of the message.
	digest := sha256.New()
	if _, err := digest.Write(plaintext); err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to create digest: %w", err)
	}

	// Optional but recommended: Compute digest's CRC32C.
	crc32c := func(data []byte) uint32 {
		t := crc32.MakeTable(crc32.Castagnoli)
		return crc32.Checksum(data, t)

	}
	digestCRC32C := crc32c(digest.Sum(nil))

	// Build the signing request.
	//
	// Note: Key algorithms will require a varying hash function. For example,
	// EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
	req := &kmspb.AsymmetricSignRequest{
		Name: name,
		Digest: &kmspb.Digest{
			Digest: &kmspb.Digest_Sha256{
				Sha256: digest.Sum(nil),
			},
		},
		DigestCrc32C: wrapperspb.Int64(int64(digestCRC32C)),
	}

	// Call the API.
	result, err := client.AsymmetricSign(ctx, req)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to sign digest: %w", err)
	}

	// Optional, but recommended: perform integrity verification on result.
	// For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
	// https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
	if result.VerifiedDigestCrc32C == false {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: request corrupted in-transit")
	}
	if result.Name != req.Name {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: request corrupted in-transit")
	}
	if int64(crc32c(result.Signature)) != result.SignatureCrc32C.Value {
		return fmt.Errorf("AsymmetricSign: response corrupted in-transit")
	}

	fmt.Fprintf(w, "Signed digest: %s", result.Signature)
	return nil
}

Java

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento Java e instale o SDK do Cloud KMS para Java.

import com.google.cloud.kms.v1.AsymmetricSignResponse;
import com.google.cloud.kms.v1.CryptoKeyVersionName;
import com.google.cloud.kms.v1.Digest;
import com.google.cloud.kms.v1.KeyManagementServiceClient;
import com.google.protobuf.ByteString;
import java.io.IOException;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.MessageDigest;

public class SignAsymmetric {

  public void signAsymmetric() throws IOException, GeneralSecurityException {
    // TODO(developer): Replace these variables before running the sample.
    String projectId = "your-project-id";
    String locationId = "us-east1";
    String keyRingId = "my-key-ring";
    String keyId = "my-key";
    String keyVersionId = "123";
    String message = "my message";
    signAsymmetric(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId, message);
  }

  // Get the public key associated with an asymmetric key.
  public void signAsymmetric(
      String projectId,
      String locationId,
      String keyRingId,
      String keyId,
      String keyVersionId,
      String message)
      throws IOException, GeneralSecurityException {
    // Initialize client that will be used to send requests. This client only
    // needs to be created once, and can be reused for multiple requests. After
    // completing all of your requests, call the "close" method on the client to
    // safely clean up any remaining background resources.
    try (KeyManagementServiceClient client = KeyManagementServiceClient.create()) {
      // Build the key version name from the project, location, key ring, key,
      // and key version.
      CryptoKeyVersionName keyVersionName =
          CryptoKeyVersionName.of(projectId, locationId, keyRingId, keyId, keyVersionId);

      // Convert the message into bytes. Cryptographic plaintexts and
      // ciphertexts are always byte arrays.
      byte[] plaintext = message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);

      // Calculate the digest.
      MessageDigest sha256 = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
      byte[] hash = sha256.digest(plaintext);

      // Build the digest object.
      Digest digest = Digest.newBuilder().setSha256(ByteString.copyFrom(hash)).build();

      // Sign the digest.
      AsymmetricSignResponse result = client.asymmetricSign(keyVersionName, digest);

      // Get the signature.
      byte[] signature = result.getSignature().toByteArray();

      System.out.printf("Signature %s%n", signature);
    }
  }
}

Node.js

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento do Node.js e instale o SDK do Cloud KMS para Node.js.

//
// TODO(developer): Uncomment these variables before running the sample.
//
// const projectId = 'your-project-id';
// const locationId = 'us-east1';
// const keyRingId = 'my-key-ring';
// const keyId = 'my-key';
// const versionId = '123';
// const message = Buffer.from('...');

// Imports the Cloud KMS library
const {KeyManagementServiceClient} = require('@google-cloud/kms');

// Instantiates a client
const client = new KeyManagementServiceClient();

// Build the version name
const versionName = client.cryptoKeyVersionPath(
  projectId,
  locationId,
  keyRingId,
  keyId,
  versionId
);

async function signAsymmetric() {
  // Create a digest of the message. The digest needs to match the digest
  // configured for the Cloud KMS key.
  const crypto = require('crypto');
  const hash = crypto.createHash('sha256');
  hash.update(message);
  const digest = hash.digest();

  // Optional but recommended: Compute digest's CRC32C.
  // Ensure fast-crc32c has been installed, `npm i fast-crc32c`.
  const crc32c = require('fast-crc32c');
  const digestCrc32c = crc32c.calculate(digest);

  // Sign the message with Cloud KMS
  const [signResponse] = await client.asymmetricSign({
    name: versionName,
    digest: {
      sha256: digest,
    },
    digestCrc32c: {
      value: digestCrc32c,
    },
  });

  // Optional, but recommended: perform integrity verification on signResponse.
  // For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
  // https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
  if (signResponse.name !== versionName) {
    throw new Error('AsymmetricSign: request corrupted in-transit');
  }
  if (!signResponse.verifiedDigestCrc32c) {
    throw new Error('AsymmetricSign: request corrupted in-transit');
  }
  if (
    crc32c.calculate(signResponse.signature) !==
    Number(signResponse.signatureCrc32c.value)
  ) {
    throw new Error('AsymmetricSign: response corrupted in-transit');
  }

  // Example of how to display signature. Because the signature is in a binary
  // format, you need to encode the output before printing it to a console or
  // displaying it on a screen.
  const encoded = signResponse.signature.toString('base64');
  console.log(`Signature: ${encoded}`);

  return signResponse.signature;
}

return signAsymmetric();

PHP

Para executar esse código, primeiro saiba como usar o PHP no Google Cloud e instale o SDK do Cloud KMS para PHP.

use Google\Cloud\Kms\V1\AsymmetricSignRequest;
use Google\Cloud\Kms\V1\Client\KeyManagementServiceClient;
use Google\Cloud\Kms\V1\Digest;

function sign_asymmetric(
    string $projectId = 'my-project',
    string $locationId = 'us-east1',
    string $keyRingId = 'my-key-ring',
    string $keyId = 'my-key',
    string $versionId = '123',
    string $message = '...'
) {
    // Create the Cloud KMS client.
    $client = new KeyManagementServiceClient();

    // Build the key version name.
    $keyVersionName = $client->cryptoKeyVersionName($projectId, $locationId, $keyRingId, $keyId, $versionId);

    // Calculate the hash.
    $hash = hash('sha256', $message, true);

    // Build the digest.
    //
    // Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
    // example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
    $digest = (new Digest())
        ->setSha256($hash);

    // Call the API.
    $asymmetricSignRequest = (new AsymmetricSignRequest())
        ->setName($keyVersionName)
        ->setDigest($digest);
    $signResponse = $client->asymmetricSign($asymmetricSignRequest);
    printf('Signature: %s' . PHP_EOL, $signResponse->getSignature());

    return $signResponse;
}

Python

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento Python e instale o SDK do Cloud KMS para Python.

# Import base64 for printing the ciphertext.
import base64

# Import hashlib for calculating hashes.
import hashlib

# Import the client library.
from google.cloud import kms


def sign_asymmetric(
    project_id: str,
    location_id: str,
    key_ring_id: str,
    key_id: str,
    version_id: str,
    message: str,
) -> kms.AsymmetricSignResponse:
    """
    Sign a message using the private key part of an asymmetric key.

    Args:
        project_id (string): Google Cloud project ID (e.g. 'my-project').
        location_id (string): Cloud KMS location (e.g. 'us-east1').
        key_ring_id (string): ID of the Cloud KMS key ring (e.g. 'my-key-ring').
        key_id (string): ID of the key to use (e.g. 'my-key').
        version_id (string): Version to use (e.g. '1').
        message (string): Message to sign.

    Returns:
        AsymmetricSignResponse: Signature.
    """

    # Create the client.
    client = kms.KeyManagementServiceClient()

    # Build the key version name.
    key_version_name = client.crypto_key_version_path(
        project_id, location_id, key_ring_id, key_id, version_id
    )

    # Convert the message to bytes.
    message_bytes = message.encode("utf-8")

    # Calculate the hash.
    hash_ = hashlib.sha256(message_bytes).digest()

    # Build the digest.
    #
    # Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
    # example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
    digest = {"sha256": hash_}

    # Optional, but recommended: compute digest's CRC32C.
    # See crc32c() function defined below.
    digest_crc32c = crc32c(hash_)

    # Call the API
    sign_response = client.asymmetric_sign(
        request={
            "name": key_version_name,
            "digest": digest,
            "digest_crc32c": digest_crc32c,
        }
    )

    # Optional, but recommended: perform integrity verification on sign_response.
    # For more details on ensuring E2E in-transit integrity to and from Cloud KMS visit:
    # https://cloud.google.com/kms/docs/data-integrity-guidelines
    if not sign_response.verified_digest_crc32c:
        raise Exception("The request sent to the server was corrupted in-transit.")
    if not sign_response.name == key_version_name:
        raise Exception("The request sent to the server was corrupted in-transit.")
    if not sign_response.signature_crc32c == crc32c(sign_response.signature):
        raise Exception(
            "The response received from the server was corrupted in-transit."
        )
    # End integrity verification

    print(f"Signature: {base64.b64encode(sign_response.signature)!r}")
    return sign_response


def crc32c(data: bytes) -> int:
    """
    Calculates the CRC32C checksum of the provided data.
    Args:
        data: the bytes over which the checksum should be calculated.
    Returns:
        An int representing the CRC32C checksum of the provided bytes.
    """
    import crcmod  # type: ignore

    crc32c_fun = crcmod.predefined.mkPredefinedCrcFun("crc-32c")
    return crc32c_fun(data)

Ruby

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento Ruby e instale o SDK do Cloud KMS para Ruby.

# TODO(developer): uncomment these values before running the sample.
# project_id  = "my-project"
# location_id = "us-east1"
# key_ring_id = "my-key-ring"
# key_id      = "my-key"
# version_id  = "123"
# message     = "my message"

# Require the library.
require "google/cloud/kms"

# Require digest.
require "digest"

# Create the client.
client = Google::Cloud::Kms.key_management_service

# Build the key version name.
key_version_name = client.crypto_key_version_path project:            project_id,
                                                  location:           location_id,
                                                  key_ring:           key_ring_id,
                                                  crypto_key:         key_id,
                                                  crypto_key_version: version_id

# Calculate the hash.
#
# Note: Key algorithms will require a varying hash function. For
# example, EC_SIGN_P384_SHA384 requires SHA-384.
digest = { sha256: Digest::SHA256.digest(message) }

# Call the API.
sign_response = client.asymmetric_sign name: key_version_name, digest: digest
puts "Signature: #{Base64.strict_encode64 sign_response.signature}"

API

Estes exemplos usam curl como um cliente HTTP para demonstrar o uso da API. Para mais informações sobre controle de acesso, consulte Como acessar a API Cloud KMS.

Use o método CryptoKeyVersions.asymmetricSign para realizar a assinatura. A resposta desse método contém a assinatura codificada em base64.

Como validar uma assinatura de curva elíptica

gcloud

Para usar o Cloud KMS na linha de comando, primeiro instale ou faça upgrade para a versão mais recente da Google Cloud CLI.

Receber a chave pública

gcloud kms keys versions get-public-key key-version \
    --key key \
    --keyring key-ring \
    --location location \
    --output-file output-file

Substitua key-version pela versão da chave. Substitua key pelo nome da chave. Substitua key-ring pelo nome do keyring em que a chave está localizada. Substitua location pelo local do Cloud KMS para o keyring. Substitua output-file pelo caminho do arquivo para salvar a chave pública no sistema local.

Para informações sobre todas as sinalizações e valores possíveis, execute o comando com a sinalização --help.

Verificar a assinatura

Os comandos do OpenSSL para validar a assinatura dependem do tipo de assinatura criado. Por exemplo, para validar uma assinatura de curva elíptica SHA-256 usando o OpenSSL, especifique -sha256. Para validar uma assinatura de curva elíptica SHA-384, especifique -sha384.

openssl dgst \
    -sha256 \
    -verify public-key-file \
    -signature signature-file \
    message-file

Substitua as variáveis pelos seus próprios valores:

  • public-key-file. Caminho para um arquivo que contém a chave pública (por exemplo, "./my-key.pub").

  • signature-file. Caminho para um arquivo que contém a assinatura a ser verificada (por exemplo, "./my-data.sig").

  • message-file. Caminho para um arquivo que contém a mensagem (por exemplo, "./my-data.txt").

Se a assinatura for válida, o comando gerará a string Verified OK.

Para informações sobre todas as sinalizações e valores possíveis, execute o comando com o subcomando help.

C#

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento C# e instale o SDK do Cloud KMS para C#.


public class VerifyAsymmetricSignatureEcSample
{
    // Cloud KMS returns signatures in a DER-encoded format. .NET requires
    // signatures to be in IEEE 1363 format, and converting between these formats
    // is a few hundred lines of code.
    //
    // https://github.com/dotnet/runtime/pull/1612 exposes these helpers, but will
    // not be available until .NET 5. Until then, you will need to use an external
    // library or package to validate signatures.
}

Go

Para executar esse código, primeiro configure um ambiente de desenvolvimento Go e instale o SDK do Cloud KMS para Go.

import (
	"context"
	"crypto/ecdsa"
	"crypto/sha256"
	"crypto/x509"
	"encoding/asn1"
	"encoding/pem"
	"fmt"
	"io"
	"math/big"

	kms "cloud.google.com/go/kms/apiv1"
	"cloud.google.com/go/kms/apiv1/kmspb"
)

// verifyAsymmetricSignatureEC will verify that an 'EC_SIGN_P256_SHA256' signature is
// valid for a given message.
func verifyAsymmetricSignatureEC(w io.Writer, name string, message, signature []byte) error {
	// name := "projects/my-project/locations/us-east1/keyRings/my-key-ring/cryptoKeys/my-key/cryptoKeyVersions/123"
	// message := "my message"
	// signature := []byte("...")  // Response from a sign request

	// Create the client.
	ctx := context.Background()
	client, err := kms.NewKeyManagementClient(ctx)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to create kms client: %w", err)
	}
	defer client.Close()

	// Retrieve the public key from KMS.
	response, err := client.GetPublicKey(ctx, &kmspb.GetPublicKeyRequest{Name: name})
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to get public key: %w", err)
	}

	// Parse the public key. Note, this example assumes the public key is in the
	// ECDSA format.
	block, _ := pem.Decode([]byte(response.Pem))
	publicKey, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
	if err != nil {
		return fmt.Errorf("failed to parse public key: %w", err)
	}
	ecKey, ok := publicKey.(*ecdsa.PublicKey)
	if !ok {
		return fmt.Errorf("public key is not elliptic curve")
	}

	// Verify Elliptic Curve signature.
	var parsedSig struct{ R, S *big.Int }
	if _, err = asn1.Unmarshal(signature, &parsedSig); err != nil {
		return fmt.Errorf("asn1.Unmarshal: %w", err)
	}

	digest := sha256.Sum256(message)
	if !ecdsa.Verify(ecKey, digest[:], parsedSig.R,