1    先了解一下背景

1.1   RSA加密原理

RSA密码算法由美国麻省理工学院（MIT）的Rivest, Shamir 和Adleman在1978年提出，被广泛接受并实现的通用公开密钥密码算法，目前已成为公钥密码的国际通用标准。关于RSA加密算法原理的知识，本文不再赘述，感兴趣的同学可以看一下这两篇博文：

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/06/rsa_algorithm_part_one.html

http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/07/rsa_algorithm_part_two.html

1.2   RSA数字签名

1.2.1 RSA数字签名基本概念

RSA数字签名体制是基于RSA公钥密码算法的，由于RSA算法在实践中被验证了是安全的（到目前为止），这样，RSA数字签名体制在许多安全标准中得以较为广泛的应用。

RSA数字签名算法，包括签名算法和验证算法，它是基于RSA算法加密和解密算法来进行的数字签名，实际上把通过一个散列函数（本设计使用的是SHA256算法）来产生的消息摘要（MD）作为加密的对象，而不是对原文进行直接的加密。原文消息如果发生改变，消息摘要也将发生改变，进而，数字签名的值也将发生改变，也就是说有不同的消息将得到不同的数字签名。有效的数字签名使接收方可以得到正确验证消息：确实来自发送方，因为签名的私钥只有发送方自己才有，他人是无法做相同的数字签名的，如果第三方冒充发送方发出了一个消息，接收方在对数字签名进行验证时使用的是发送方公开的公钥，在第三方不知道发送方私钥的情况下，加密生成的数字签名和重新计算的数字签名必然是不同的，这样，数字签名的真实性就得到了有效的保证。

1.2.2 RSA数字签名算法的实现原理

RSA数字签名算法分为以下两个步骤：

1)        签名算法：

(1)生成消息摘要：消息在签名前首先通过SHA256算法计算相应的消息摘要。

(2)对消息摘要作RSA加密算法：采用发送方的私钥加密消息摘要，加密后的字符串序列即为要嵌入到原文中的数字签名序列值。

2)        验证签名算法：

(1)签名解密：签名值实际上是RSA加密后的消息摘要，用RSA解密算法、利用发送方的公钥对消息摘要进行解密。

(2)再进行消息摘要的计算和两个消息摘要的比较：接受方对原文利用SHA256算法重新计算一个消息摘要，得到验证者自己的消息摘要。验证者比较解密得到的消息摘要和自己的消息摘要，如果两者相同，那么验证成功，可以确定消息的完整性以及签名者的身份，否则，验证失败，确认签名是冒充的或是被篡改过的。

1.3   准备好环境

1)  基于鲲鹏芯片的TaiShan服务器；

2）openEuler操作系统；

3)  已加载安全OS和tzdriver，且已通过teecd开启安全模式；

2       CA与TA之间的通信过程

GP标准中对REE侧和TEE侧提供给CA和TA调用的接口都做出了明确的定义，包括接口函数的函数名、作用、参数说明、返回值等。在CA和TA开发过程中，需要遵循GP标准定义的接口，实现TA和CA之间通信和数据传递。

2.1   TA必备接口

每个TA都必须实现下面的五个接口函数，实现TA和CA之间通信和数据传递。

2.2   CA必备接口

CA必备接口函数与TA接口函数的对应关系如下表所示：

2.3   CA与TA通信

CA和TA接口函数的执行过程为：

1)打开会话：客户端应用调用TEEC_OpenSession接口后，安全OS核心框架会调用安全服务的TA_CreateEntryPoint接口和TA_OpenSessionEntryPoint接口；

2)执行命令：客户端应用执行TEEC_InvokeCommand后，安全OS核心框架会调用安全服务的TA_InvokeCommandEntryPoint接口，针对客户端应用发送的命令，安全服务进行处理并返回相应结果；

3)关闭会话：客户端应用执行TEEC_CloseSession后，安全OS核心框架先调用TA的TA_CloseSessionEntryPoint，之后调用安全服务的析构函数TA_DestroyEntryPoint。

整体过程如下图所示：

3    功能概览

这里CA侧传递密钥有两种形式，一种是首先将密钥作为文件存入TEE 环境中，然后把密钥文件路径作为参数传递以进行加解密操作；另外一种直接将密钥数据作为参数传递以进行加解密操作。

根据前文的描述，CA侧执行TEEC_InvokeCommand后，安全OS核心框架会调用TA的TA_InvokeCommandEntryPoint接口，针对CA发送的命令，TA进行处理并返回相应结果。

在Demo中，传递了如下的command，相应的动作如下表所示：

3.1   建立连接

预备动作，建立CA与TA之间的通信，通过调用TEEC_InitializeContext和TEEC_OpenSession，初始化TEE Context，建立CA与TA之间的会话；

3.2   加密和解密

第一步，CA发送CMD_GENERATE_RANDOM命令，TA响应，调用TEE_GenerateRandom函数产生随机数，用于后面秘钥生成：

第二步，CA发送CMD_GENERATE_KEYPAIR命令，TA使用前面随机数，通过TEE_GenerateKey函数产生公钥-私钥对：

第三步，CA发送CMD_SAVE_KEYPAIR命令，TA调用CmdRSASaveKeypair将生成的密钥数据存储到指定路径中：

第四步，CA发送CMD_READ_KEYPAIR命令，TA调用CmdRSAReadKeypair函数读取存储的秘钥文件，获得公共秘钥数据：

第五步，CA发送CMD_ENC_OAEP_MGF1_SHA512命令，TA调用用前面生成的公共秘钥数据，以TEE_ALG_RSAES_PKCS1_OAEP_MGF1_SHA512模式去加密数据对要传输的数据进行加密：

第六步，CA发送CMD_DEC_OAEP_MGF1_SHA512命令，TA使用前面生成的私钥数据，对加密的数据进行解密，并将原始数据与解密数据进行对比：

3.3   签名和验签

第七步，数字签名，CA发送CMD_SIGN_PSS_MGF1_SHA256命令，TA主要实现以下功能：

(1)生成消息摘要：消息在签名前首先通过SHA256算法计算相应的消息摘要。

(2)对消息摘要作RSA加密算法：采用发送方的私钥加密消息摘要，加密后的字符串序列即为要嵌入到原文中的数字签名序列值。

第八步，验证数字签名，CA发送CMD_VERIFY_PSS_MGF1_SHA256命令，TA主要实现以下功能：

(1)签名解密：签名值实际上是RSA加密后的消息摘要，用RSA解密算法、利用发送方的公钥对消息摘要进行解密。

(2)再进行消息摘要的计算和两个消息摘要的比较：接受方对原文利用SHA256算法重新计算一个消息摘要，得到验证者自己的消息摘要。验证者比较解密得到的消息摘要和自己的消息摘要，如果两者相同，那么验证成功，可以确定消息的完整性以及签名者的身份，否则，验证失败，确认签名是冒充的或是被篡改过的。

3.4   断开连接

调用TEEC_CloseSession和TEEC_FinalizeContext函数关闭会话关闭CA与TA之间的会话和上下文。

收功。