椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA)

[English]

椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA) 是数字签名算法 (DSA) 基于椭圆曲线密码学的变体。

ESP32-P4 的 ECDSA 外设为计算 ECDSA 签名提供了一个安全高效的环境，不仅能确保签名过程的机密性，防止信息泄露，也提供了快速的计算。在签名过程中使用的 ECDSA 私钥只能由硬件外设访问，软件无法读取。

ECDSA 外设可以为 TLS 双向身份验证等用例建立 安全设备身份认证。

支持的特性

  • ECDSA 数字签名生成和验证

  • 三种不同的椭圆曲线，P-192，P-256 和 P-384（FIPS 186-3 规范）

  • ECDSA 操作中用于散列消息的三种哈希算法，SHA-224, SHA-256 和 SHA-384（FIPS PUB 180-4 规范）

ESP32-P4 上的 ECDSA

在 ESP32-P4 上，ECDSA 模块使用烧录到 eFuse 块中的密钥。密码模块外的任何资源都不可访问此密钥（默认模式），从而避免密钥泄露。

ECDSA 密钥存储

ECDSA 私钥存储在 eFuse 密钥块中。所需的密钥块数量取决于曲线大小：

  • P-256 曲线：需要一个 eFuse 密钥块（256 位）

  • P-384 曲线：需要两个 eFuse 密钥块（总共 512 位）

对于需要两个密钥块的曲线（如 P-384），配置以下字段：

  • 将 esp_tls_cfg_t::ecdsa_key_efuse_blk 设置为低块号

  • 将 esp_tls_cfg_t::ecdsa_key_efuse_blk_high 设置为高块号

对于单块曲线（如 P-256），只需设置 esp_tls_cfg_t::ecdsa_key_efuse_blk，将 esp_tls_cfg_t::ecdsa_key_efuse_blk_high 保持为 0 或不赋值。

ECDSA 密钥可以通过 idf.py 脚本在外部编程。以下是关于编程 ECDSA 密钥的示例：

idf.py efuse-burn-key <BLOCK_NUM> </path/to/ecdsa_private_key.pem> ECDSA_KEY

备注

六个物理 eFuse 块可作为 ECDSA 模块的密钥：块 4 ~ 块 9。例如，对于块 4（第一个密钥块），参数为 BLOCK_KEY0。

另外，ECDSA 密钥也可以通过在目标上运行的应用程序进行编程。

以下代码片段使用 esp_efuse_write_key() 将 eFuse 中的物理密钥块 0 的密钥目的设置为 esp_efuse_purpose_t::ESP_EFUSE_KEY_PURPOSE_ECDSA_KEY:

#include "esp_efuse.h"

const uint8_t key_data[32] = { ... };

esp_err_t status = esp_efuse_write_key(EFUSE_BLK_KEY0,
                    ESP_EFUSE_KEY_PURPOSE_ECDSA_KEY,
                    key_data, sizeof(key_data));

if (status == ESP_OK) {
    // written key
} else {
    // writing key failed, maybe written already
}

生成确定性签名

ESP32-P4 的 ECDSA 外设还支持使用确定性推导参数 K 来生成确定性签名，详见 RFC 6979 第 3.2 节。

生成非确定性签名

对 TRNG 的依赖

ECDSA 外设依靠硬件真随机数生成器 (TRNG) 来满足其内部熵要求，从而生成非确定性签名。在创建 ECDSA 签名时，算法需要生成一个随机整数，在 RFC 6090 第 5.3.2 节有说明。

在应用程序中启动 ECDSA 计算（主要是签名）之前，请确保硬件 RNG 已经启用。

应用程序概述

有关如何使用 ECDSA 外设建立 TLS 双向身份验证连接的详细信息，请参阅 在 ESP-TLS 中使用 ECDSA 外设 指南。

通过覆盖 ECDSA 签名以及验证 API，可以集成 Mbed TLS 堆栈中的 ECDSA 外设。请注意，ECDSA 外设并不支持所有曲线或哈希算法。因此，在不满足硬件要求时，实现会退回到软件。

对于特定的 TLS 上下文，可用额外的 API 来填充某些字段（例如私钥 ctx），以区分路由到硬件的路径。ESP-TLS 层在内部集成了这些 API，因此在应用程序层不需要额外的操作。对于自定义用例，请参阅以下 API 详细信息。

API 参考

Header File

Structures

struct esp_ecdsa_opaque_key_t

Structure to store opaque key metadata.

Public Members

esp_ecdsa_curve_t curve

ECDSA curve

bool use_km_key

Use key deployed in the key manager

uint8_t efuse_block

eFuse block id for ECDSA private key

Macros

MAX_ECDSA_COMPONENT_LEN
MAX_ECDSA_SHA_LEN
ECDSA_SHA_LEN
ECDSA_SHA_LEN_P384

Enumerations

enum esp_ecdsa_curve_t

ECDSA curve options.

Values:

enumerator ESP_ECDSA_CURVE_SECP192R1
enumerator ESP_ECDSA_CURVE_SECP256R1
enumerator ESP_ECDSA_CURVE_SECP384R1
enumerator ESP_ECDSA_CURVE_MAX

此文档对您有帮助吗？