12、支持非对称加密的安全密钥管理接口

支持非对称加密的安全密钥管理接口

1. 引言

在安全威胁不断且平台和应用日益多样化的背景下，开发者越来越倾向于采用基于安全硬件的解决方案，如智能卡、可信平台模块（TPM）或硬件安全模块（HSM）。在典型架构中，安全硬件包含加密密钥并具备执行基本加密操作的能力，可确保整个系统的安全性。然而，设计此类设备的应用程序编程接口（API）颇具挑战，它既要允许用户管理设备上的密钥并访问加密功能，又要防止攻击者（在最坏情况下可能对 API 进行任意调用）获取机密信息。

目前，当代设备的 API 存在诸多攻击漏洞。一种有前景的解决方法是设计能够在强大入侵者存在的情况下，形式化证明安全属性的 API，这种方法已在标准加密模型和符号或 Dolev - Yao 模型中得到应用。但现有设计均未提供使用非对称加密进行密钥管理的方案，而在实际应用中，非对称加密因无需预共享密钥即可轻松启动安全机制而被广泛使用，这一缺陷限制了现有成果的适用性。

为解决这一问题，我们提出了一种在符号模型中具有安全证明、支持使用非对称密钥进行密钥管理的 API 设计。对于 API 的对称密钥部分，我们对 Cortier 和 Steel 设计的 API 进行了微调；对于非对称密钥部分，由于任何人都可以使用公钥进行加密，我们添加了明确的机制来确保导入密钥的完整性，以防止“特洛伊密钥”攻击。我们还添加了用于签署公钥加密的签名密钥和单独的认证密钥，后者用于管理密钥和证书的公钥基础设施（PKI）。同时，我们展示了如何将 Cortier 和 Steel 为密钥设置的安全标签应用于新场景，分别为私钥的机密性和相应公钥的完整性设置标签，以便在证明中考虑密钥损坏的情况。

2. 相关工作