PGPSDK – легкий путь к шифрованию
Иногда бывает нужно прикрутить к своей программе какое-нибудь шифрование. Для этих целей разработаны кучи алгоритмов шифрования, дешифрования, электронной подписи и т.п., основанных на различных математических аппаратах. Мало того – необходимо реализовать этот алгоритм. Но мы как кульные программеры не будем этого делать – а возьмем готовую библиотеку PGPsdk. Я не буду повторять классиков [2], что для реальных приложений использовать самодельные шифры не рекомендуется, если вы не являетесь экспертом и не уверены на 100 процентов в том, что делаете. Отговаривать же Вас от разработки собственных шифров или реализации какого-либо стандарта тоже не суть этой статьи, здесь пойдет речь о том, как быстро и правильно реализовать в своих приложениях защиту от посторонних глаз и, самое главное - не обмануться.
В моем приложении уже использовалось шифрование от PGP, ДОСовская, работало через командные файлы (*.bat), что явилось весомым аргументом для выбора средства шифрования, все работало, но меня это не устраивало – ДОСовская версия PGP (5.0) затрудняло инсталляцию программы, поддержку и не имеет некоторых полезных вещей, нужных для расширения системы в будущем. Еще чем привлекала PGP – бесплатная для некоммерческих программ, генерация произвольного количества ключей и то что пакет PGP очень популярен и им пользуются большое количество людей, и Вам легко будет решить проблему защиты информации от посторонних глаз в своих приложениях и по моему защита с помощью PGP дает большое преимущество.
Небольшая справка по PGP:
Pretty Good Privacy (PGP) выпущено фирмой Phil's Pretty Good Software и является криптографической системой с высокой степенью секретности для операционных систем MS-DOS, Unix, VAX/VMS и других. PGP позволяет пользователям обмениваться файлами или сообщениями с использованием функций секретности, установлением подлинности, и высокой степенью удобства. Секретность означает, что прочесть сообщение сможет только тот, кому оно адресовано. Установление подлинности позволяет установить, что сообщение, полученное от какого-либо человека было послано именно им. Нет необходимости использовать секретные каналы связи, что делает PGP простым в использовании программным обеспечением. Это связано с тем, что PGP базируется на мощной новой технологии, которая называется шифрованием с "открытым ключом".
Поддерживаемые алгоритмы
Deiffie-Hellman
CAST
IDEA
3DES
DSS
MD5
SHA1
RIPEMD-160
Реализуемые функции
Шифрование и аунтефикация (с использованием перечисленных алгоритмов);
Управление ключами (создание, сертификация, добавление/удаление из связки, проверка действительности, определения уровня надежности);
Интерфейс с сервером открытых ключей (запрос, подгрузка, удаление и отзыв ключа с удаленного сервера);
Случайные числа (генерация криптографически стойких псевдослучайных чисел и случайных чисел, базируясь на внешних источниках);
Поддержка PGP/MIME;
Вспомогательные функции.
Обзор существующих библиотек
Первое что я сделал – сходил на torry.ru и был удивлен обилием библиотек и функций для разного рода шифрования. Функциональность их я проверять не стал, а остановился на PGP-пишных компонентах.
PGPComp - ДОСовская, работает по принципу запуска внешнего exe-файла, сразу отпала по той причине - что нужно будет устанавливать MSDOS версию PGP (Кроме того библиотека только под 1 и 2 Delphi). Вспомнил что в моей любимой почтовой программе The Bat встроена поддержка PGP, зашел на их сайт - скачал библиотеку dklib.dll, любезно предоставленную ими, но почему то у меня не один из примеров не пошел, а за отсутствием исходников, я не мог понять почему. Пробовал обраться к автору - в ответ тишина, уже больше года не отвечает он. А неплохая библиотека, по крайней мере по тому что написано в документации присутствует тот необходимый минимум функций для шифрования-дешифрования, проверки ключа и сама библиотека весит не очень много – 184'832 Байт.
Т.е. меня не устроили эти библиотеки и я пошел на http://www.pgpi.org, в поисках истины. Нашел там упоминание про библиотеку для разработчиков – PGPsdk.
Собственно сам PGPsdk
28 октября 1997 г. PGP, Inc. объявила о поставке PGPsdk сторонним производителям программного обеспечения. PGPsdk - это средство разработки для программистов на С, позволяющее разработчикам программного обеспечения встраивать в него стойкие криптографические функции. Можно сказать что в PGPsdk реализованы все функции пакета PGP, мало того - версия PGP начиная с 5.0 хранит криптографические функции в динамических библиотеках – dll (о том насколько это не безопасно – вопрос к Крису Касперски, я лишь скажу что насколько я силен в математике).
PGPsdk - это динамическая библиотека, состоящая из трех файлов [табл. 1], поддерживающая базовые алгоритмы криптования (перечислены выше), гибкое управление ключами, сетевой интерфейс и др. (можно использовать одну библиотеку - PGP_sdk.dll, если Вы не будите использовать фирменный интерфейс пользователя от NAI и сетевую библиотеку).
Установка
Скачайте архив с PGPsdk [9], на момент написания статьи доступна версия 1.7.2 (должен заметить что архив занимает 3 с лишним мегабайт), необходимо его разархивировать и из каталога \Libraries\DLL\Release взять следующие файлы - табл. 1
Табл.1
PGP_SDK.dll для криптования, управление ключами и т.д.
PGPsdkUI.dll (UI= user interface) интерфейсные штучки, если Вам нужно будет только шифровать/расшифровывать, то этот файл необязателен. Но очень полезен для ввода пароля, выбора получателей сообщений, генерации ключей и другое.
PGPsdkNL.dll (NL= network library) сетевая библиотека для работы с сервером ключей или для transport layer security. Ее мы рассматривать не будем, но в ближайшем будущем я попытаюсь ее описать.
Собственно распространять Вам приложение придется с этими файлами, подложить их необходимо или в системный каталог WINDOWS или в каталог вместе с приложением - механизм стандартный как и для всех dll, главное чтоб библиотеку было видно Вашему приложению.
Переходим к делу.
Для работы система предоставляет ряд низкоуровневых PGP API (Application Programmig Interface) функций. Заголовки (хеадеры, описания) этих функций поставляются вместе с пакетом на Ц и лежат в каталоге Headers. Если Вы как и я пишите на Delphi, можете сами сконвертировать их, а можете взять готовые тут [10]. Это проект по переводу Ц-ных хеадеров на любимый мною язык программирования. Занимается всем этим делом Стивен Хейлер (Steven R. Heller ).
Описатели переведены на Delphi по принципу как это сделано для Ц - разбросаны на кучи модулей (листинг 1). Все названия модулей аналогичны Ц-ным заголовкам, за исключением pgpEncode - переименовано в pgpEncodePas, из-за особенностей объявления в Delphi (нельзя чтоб имя процедуры совпадало с названием модуля).
Листинг 1. Объявление используемых библиотек.
uses
// PGPsdk
pgpEncodePas, pgpOptionList, pgpBase, pgpPubTypes,
pgpUtilities, pgpKeys, pgpErrors,
// always last
pgpSdk;
Единственная трудность, которая возникает на пути включения криптования в Ваше приложение - это использование слишком уж низкоуровневых PGP API функций. Для того что бы сделать какую-нибудь операцию - будь то подсчет публичных ключей в связке или просто зашифровать файл - необходимо создавать контекст, указать где находятся ключи, создать фильтр ключей, подготовить файловые дескрипторы, если с памятью - выделить ее (в случае шифрования-/-расшифрования), затем все это в обратном порядке освободить (если контекст неправильно освобождается - файлы с резервными ключиками не удалятся). И все это при том что в системном каталоге WINDOWS создается файл, в котором содержится информация где находятся файлы с публичными и секретными ключами (о нем будет подробно сказано ниже). Для сравнения работы через PGP API предоставлен листинг2.
Листинг 2. Пример использования PGPsdk через PGP API
var
context: pPGPContext;
keyFileRef: pPGPKeySet;
defaultKeyRing: pPGPKeySet;
foundUserKeys: pPGPKeySet;
filter: pPGPFilter;
countKeys: PGPUInt32;
keyFileName: PChar;
userID: PChar;
inFileRef,
outFileRef: pPGPFileSpec;
inFileName,
outFileName: PChar;
begin
// Init от C++
context := nil;
keyFileName := 'pubring.pgp';
userID := '';
inFileName := 'myInFile.txt';
outFileName := 'myOutFile.txt.asc';
// Begin
PGPCheckResult('sdkInit', PGPsdkInit);
PGPCheckResult('PGPNewContext',
PGPNewContext(
kPGPsdkAPIVersion,
context
));
PGPCheckResult('PGPNewFileSpecFromFullPath',
PGPNewFileSpecFromFullPath(
context,
keyFileName,
keyFileRef
));
PGPCheckResult('PGPOpenKeyRing',
PGPOpenKeyRing(
context,
kPGPKeyRingOpenFlags_None,
keyFileRef,
defaultKeyRing
));
PGPCheckResult('PGPNewUserIDStringFilter',
PGPNewUserIDStringFilter(context, userID, kPGPMatchSubString, filter));
PGPCheckResult('PGPFilterKeySet',
PGPFilterKeySet(defaultKeyRing, filter, foundUserKeys));
// Открываем файловые манипуляторы
PGPCheckResult('PGPNewFileSpecFromFullPath',
PGPNewFileSpecFromFullPath(context, inFileName, inFileRef));
PGPCheckResult('PGPNewFileSpecFromFullPath',
PGPNewFileSpecFromFullPath(context, outFileName, outFileRef));
//
// А вот здесь уже идет кодирование.
//
PGPCheckResult('PGPEncode',
PGPEncode(
context,
[
PGPOEncryptToKeySet(context, foundUserKeys),
PGPOInputFile(context, inFileRef),
PGPOOutputFile(context, outFileRef),
PGPOArmorOutput(context, 1),
PGPOCommentString(context, PChar('Comments')),
PGPOVersionString(context,
PChar('Version 5.0 assembly by Evgeny Dadgoff')),
PGPOLastOption(context)
]
));
//
// Освобождаем занимаемые ресурсы и контекст PGP
//
if (inFileRef <> nil) then
PGPFreeFileSpec(inFileRef);
if (outFileRef <> nil) then
PGPFreeFileSpec(outFileRef);
if (filter <> nil) then
PGPFreeFilter(filter);
if (foundUserKeys <> nil) then
PGPFreeKeySet(foundUserKeys);
if (defaultKeyRing <> nil) then
PGPFreeKeySet(defaultKeyRing);
if (keyFileRef <> nil) then
PGPFreeKeySet(keyFileRef);
if (context <> nil) then
PGPFreeContext(context);
PGPsdkCleanup;
end;
Здесь реализован пример из [9] со страницы 39. Функция PGPCheckResult позаимствована у Стивена из его примеров - принимает два параметра - строковую и код выполнения функции PGP API, если была ошибка - генерируется исключение и на экран выводится описание ошибки с именем функции (Очень помогает для ловли ошибок, а при вызове dll-библиотеки, тем более написанной на другом языке – помогает избавиться от Access violation).
Листинг 3. Функция PGPCheckResult.
procedure PGPCheckResult(const ErrorContext: shortstring; const TheError:
PGPError);
var
s: array[0..1024] of Char;
begin
if (TheError <> kPGPError_NoError) then
begin
PGPGetErrorString(TheError, 1024, s);
if (PGPGetErrorString(TheError, 1024, s) = kPGPError_NoError) then
raise exception.create(ErrorContext + ' [' + IntToStr(theError) + '] : ' +
StrPas(s))
else
raise exception.create(ErrorContext +
': Error retrieving error description');
end;
end;
Там же у Стивена я нашел еще один проект - написанная на Delphi библиотека для VB, проект под названием SimplePGP (SPGP). Дело в том, что VB не может использовать библиотеку PGPsdk из-за ограничения импортирования библиотек dll [9, раздел FAQ]. Сам Стивен предложил мне добавить к проекту еще одну dll, тем самым забыть про PGP API, и использовать облегченную модель вызова функций криптований.
Сам интерфейс к доступу функциям выполнен не плохо, продуманно и вызов их не должен вызвать затруднений у Вас.
Открыв ее я подумал - а не убрать ли мне все эти "stdcall;export;" и просто присоединить библиотеку к ехе-файлу (ну не устраивает меня хитросплетение dll). Сказано сделано.
Итак, поехали!
Создадим подкаталог для объявления функций PGPsdk, скопировав туда файлики DELPHI PGP API - pgp*.pas и spgp*.pas. Удалим в файлах spgp*.pas - "stdcall;export;"(уже полученные в итоге заголовочные файлы можно взять тут [12]). Теперь к Вашему проекту нужно приписать использование библиотек (это там где uses):
uses
// PGPsdk
pgpEncodePas, pgpOptionList, pgpBase, pgpPubTypes,
pgpUtilities, pgpKeys, pgpErrors,
// SPGP
spgpGlobals, spgpEncrypt, spgpKeyUtil, spgpUtil, spgpKeyMan,
spgpPreferences, spgpKeyProp, spgpKeyIO, spgpKeyGen, spgpMisc,
spgpUIDialogs,
// always last
pgpSdk;
Можно использовать только необходимые модули.
Первое что мы попробуем сделать - это зашифровать и подписать произвольный файл и получить зашифрованный в текстовом виде (ASC). Здесь следует отметить что PGPsdk может работать не только с файлами, но и с памятью, а также комбинировать - память - файл, файл - память.
PGPCheckResult
(
'Ошибка при шифровании файла',
spgpencodefile(
PChar(edtFileIn.Text),
PChar(edtFileOut.Text),
1, // Encrypt.Value
1, // Sign.Value
kPGPHashAlgorithm_MD5,
0,
kPGPCipherAlgorithm_CAST5,
1,
0,
0,
'Steven R. Heller', // Кто может расшифровать
'Evgeny Dadgoff', // Чем подписывать
'MyPassPhrase', // Хех, это пароль
'',
PChar(edtComment.Text)
)
);
Сравним что получится если переделать пример [9,стр. 18] на Delphi - на чистом API.
Лично для меня проще было использовать spgp-модель чем тяжелые PGPAPI вызовы.
Про преференс
Для работы библиотеке необходимо знать где лежат файлы с ключиками (pubring.prk и secring.prk). PGP API позволяет сохранять свои настройки в файле PGPsdk.dat (почему то он всегда сохраняется в каталоге с виндами). Для работы с этим файлом предназначены следующие функции:
spgpgetpreferences(Prefs: pPreferenceRec; Flags: Longint):LongInt;
spgpsetpreferences(Prefs: pPreferenceRec; Flags: Longint):LongInt;
Соответственно для получения преференса и установки его (кстати ключики могут лежать не только в файлах). Замечу что это не единственный способ – PGP API позволяет напрямую указывать где расположены ключи, но тогда Вам придется отказаться от SPGP, или поправлять SPGP под себя.
Как получить список всех имеющихся ключей
Здесь я покажу как получить список всех ключей - заполнение LVKeys:TListView именами ключей и шестнадцатеричными ID-значениями ключей, используя SPGP-модель.
var
P: TPreferenceRec;
Flags: LongInt;
outBuf: array[1..30000] of Char;
i, KeyCount: Integer;
TempStr, StrKeys: AnsiString;
begin
LVKeys.Items.Clear;
FillChar(P, 1024, 0);
FillChar(outbuf, 30000, 0);
Flags := PGPPrefsFlag_PublicKeyring or
PGPPrefsFlag_PrivateKeyring or
PGPPrefsFlag_RandomSeedFile;
if (spgpGetPreferences(@P, Flags) <> 0) then
ShowEvent('Error!', 1);
// GetWindowsDirectory
if (LowerCase(WinDir + 'pubring.pkr') = LowerCase(StrPas(P.PublicKeyring))) or
not (FileExists(StrPas(P.PublicKeyring))) then
begin
StrPCopy(P.PublicKeyring, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
'KEYS\pubring.pgp');
StrPCopy(P.PrivateKeyring, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
'KEYS\secring.pgp');
StrPCopy(P.RandomSeedFile, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
'KEYS\randseed.bin');
if (CreateDir(ExtractFilePath(Application.ExeName) + 'KEYS')) then
ShowEvent('Каталог ключей ' + ExtractFilePath(Application.ExeName) + 'KEYS'
+
' -- не существует, Будет создан заново... ', 0);
spgpSetPreferences(@P, Flags);
//Создать файлы с ключами - такой хитрый прием.
spgpSubKeyGenerate('mmmh', 'sssl', 'ssss', 1, 1024, 0, 0, 0, 0);
end;
btnPubKeys.Caption := StrPas(P.PublicKeyring);
btnSecKeys.Caption := StrPas(P.PrivateKeyring);
btnRndBin.Caption := StrPas(P.RandomSeedFile);
PGPCheckResult('Ошибка при инициализации PGP-SDK, убедитесь что все DLL
установленны правильно', Init(FContext, PubKey, false, false));
spgpKeyRingID(@outBuf, 30000);
KeyCount := spgpkeyringcount;
StrKeys := StrPas(@outBuf);
for i := 1 to KeyCount do
begin
TempStr := Copy(StrKeys, 1, Pos(#13 + #10, StrKeys));
Delete(StrKeys, 1, Pos(#13 + #10, StrKeys) + 1);
with (LVKeys.Items.Add) do
begin
Caption := Copy(TempStr, 14, Length(TempStr) - 14);
SubItems.Add(TempStr[1]);
SubItems.Add(Copy(TempStr, 3, 10));
end;
end;
QuitIt(FContext, PubKey);
end;
Про то, как вычисляется размер зашифрованного текста.
Не всегда можно предположить какой размер будет выходного шифрованного текста, а функции проводящие преобразование требуют что бы память под него была уже выделена (разработчики PGPsdk почему-то это не предусмотрели), и если памяти не хватает - возникает исключение о нехватки памяти. Мною опытным путем была установлена формула для вычисления размера блока:
outBufLen := inBufLen * 5;
if (outBufLen < 10000) then
outBufLen := 10000;
outBufRef := StrAlloc(outBufLen);
Временные ключики
В процессе работы программы появляются резервные файлы ключей, имеющие следующий вид - (pub|sec)ring-bak-##.pgp – предусмотрен откат от изменений. В принципе, если Вы правильно используете контекст и правильно его закрываете, этот файл корректно удаляется при освобождение контекста. Но на всякий случай можно его удалять следующим образом (повесить можно на закрытие формы или вызывать принудительно):
procedure DeleteBakPGPFiles;
var
P: TPreferenceRec;
FileSearch: string;
SearchRec: TSearchRec;
begin
spgpGetPreferences(@P, PGPPrefsFlag_PublicKeyring or
PGPPrefsFlag_PrivateKeyring);
FileSearch := P.PublicKeyring;
Insert('-bak-*', FileSearch, Pos('.', FileSearch));
FindFirst(FileSearch, faAnyFile, SearchRec);
if (SearchRec.Name <> '') then
if not (DeleteFile(ExtractFilePath(FileSearch) + SearchRec.Name)) then
ShowEvent('Not delete file::' +
ExtractFilePath(FileSearch) + SearchRec.Name, 0);
while (FindNext(SearchRec) = 0) do
if not (DeleteFile(ExtractFilePath(FileSearch) + SearchRec.Name)) then
ShowEvent('Not delete file::' +
ExtractFilePath(FileSearch) + SearchRec.Name, 0);
FindClose(SearchRec);
end;
Интерфейс пользователя
PGP_sdkUI.dll – это библиотека пользовательских интерфейсов, фирменные штучки от Network Associates, использовав их у Вас будут диалоги такие же как у фирменного пакета PGP. Вам уже не нужно будет строить диалоги самому:
Для Генерации ключей;
При выборе получателей сообщений;
При запросе пароля и т.п.
Вывод:
Если Вы читаете эту статью - то Вы наверное уже знаете где в своих приложениях можно применить криптование, PGP это позволит сделать быстро, надежно, открыто и самое главное – переносимо. Но я могу посоветовать еще одно применение - это защита Ваших программ от несанкционированного копирования. Зашить открытый ключ в exe-файл, и рассылать секретный, нужным людям. Вот тут то и появляется поле для простора.
Перечень функций SPGP
{ spgpDecrypt - decryption & signature verification functions }
function spgpdecode(BufferIn, BufferOut: PChar; BufferOutLen: LongInt; Pass,
SigProps: PChar): LongInt;
function spgpdecodefile(FileIn, FileOut, Pass, SigProps: PChar): LongInt;
function spgpdetachedsigverify(SigFile, SignedFile, SigProps: PChar):LongInt;
{ spgpEncrypt - encryption & signing functions }
function spgpencode(BufferIn, BufferOut: PChar; BufferOutLen: LongInt;
Encrypt, Sign, SignAlg, ConventionalEncrypt, ConventionalAlg, Armor,
TextMode, Clear: LongInt; CryptKeyID, SignKeyID, SignKeyPass,
ConventionalPass, Comment: PChar): LongInt;
function spgpencodefile(FileIn, FileOut: PChar; Encrypt, Sign, SignAlg,
ConventionalEncrypt, ConventionalAlg, Armor, TextMode,
Clear: LongInt; CryptKeyID, SignKeyID, SignKeyPass, ConventionalPass,
Comment: PChar): LongInt;
{ spgpFeatures - functions to determine PGPsdk version and availability }
{ of PGPsdk features }
function spgpsdkapiversion: Longint;
function spgppgpinfo(Info: pPGPInfoRec): LongInt;
function countkeyalgs: LongInt;
function countcipheralgs: LongInt;
{ spgpKeyGen - key-generation functions }
function spgpkeygenerate(UserID, PassPhrase, NewKeyHexID: PChar;
KeyAlg, CipherAlg, Size, ExpiresIn, FastGeneration, FailWithoutEntropy,
WinHandle: Longint): LongInt;
function spgpsubkeygenerate(MasterKeyHexID, MasterKeyPass, NewSubKeyHexID: PChar;
KeyAlg, Size: Longint; ExpiresIn, FastGeneration, FailWithoutEntropy,
WinHandle: Longint): LongInt;
{ spgpKeyIO - Key import/export functions }
function spgpkeyexport(pKeyID,BufferOut: PChar;BufferOutLen,ExportPrivate,
ExportCompatible: LongInt):LongInt;
function spgpkeyexportfile(pKeyID,FileOut: PChar; ExportPrivate,ExportCompatible:
LongInt):LongInt;
function spgpkeyimport(BufferIn,KeyProps: PChar; KeyPropsLen: LongInt):LongInt;
function spgpkeyimportfile(FileIn,KeyProps: PChar; KeyPropsLen: LongInt):LongInt;
Список используемой литературы и интернет ресурсы
Владимир Жельников "Криптография от папируса до компьютера" М:ABF, 1996
Tatu Ylonen "Introduction to Cryptography" http://www.cs.hut.fi/ssh/crypto/intro.html
Брюс Шнайер "Прикладная криптография" http://www.ssl.stu.neva.ru/psw/crypto/appl_rus/appl_cryp.html
https://www.ssl.stu.neva.ru/psw/crypto.htm
https://www.pgpi.org/cgi/download.cgi?filename=pgp50ibi.zip
ftp://ftp.no.pgpi.org/pub/pgp/sdk/
PGP Software Developer's Kit "PGPsdk, Reference Guide Version 1.7"
PGP Software Developer's Kit "PGPsdk, Users Guide Version 1.7"
https://www.oz.net/~srheller/dpgp/sdk/
https://www.oz.net/~srheller/spgp/
https://mymesi.pp.ru/programs/keyprop.zip
DelphiWorld 6.0