【密码学】CSP的概念

CSP加密服务提供者(Cryptographic Service Provider)具有一下几个特点：

1. CSP是真正执行密码运算的独立模块
2. 物理上一个CSP由两部分组成：一个动态连接库，一个签名文件
3. 签名文件保证密码服务提供者经过了认证，以防出现攻击者冒充CSP
4. 若加密算法用硬件实现，则CSP还包括硬件装置
5. Microsoft通过捆绑RSA Base Provider，在操作系统中提供一个CSP，使用RSA公司的公钥加密算法，更多的CSP可以根据需要增加到应用中。
6. Windows 2000以后自带了多种不同的CSP

一、CSP服务体系

                                                                                        CSP服务体系分层

CSP服务体系从系统结构，系统调用层次方面来看，分为相互独立的三层(如上图：服务分层体系)：

1)最底层是加密服务提供层，即具体的一个CSP，它是加密服务提供机构提供的独立模块，担当真正的数据加密工作，包括使用不同的加密和签名算法产生密钥，交换密钥、进行数据加密以及产生数据摘要、数字化签名它是独立于应用层和操作系统，其提供的通用的SPI编程接El与操作系统层进行交互；有些CSP使用特殊硬件一起担当加密工作，而有些则通过RPC分散其功能，以达到更为安全。

2)中间层，即操作系统(0S)层，在此是指具体的Win9X、NT和2K及更高版本的32位操作平台，在CSP体系中，以及为应用层提供统一的API接口，为加密服务提供层提供SPI接口，操作系统层为应用层隔离了底层CSP和具体加密实现细节，用户可独立各个CSP进行交互它担当一定管理功能，包括定期验证CSP等。

3)应用层，也就是任意用户进程或线程具体通过调用操作系统层提供的Crypto API使用加密服务的应用程序。

根据CSP服务分层体系，应用程序不必关心底层CSP的具体实现细节，利用统一的API接口进行编程，而由操作系统通过统一的SPI接口来与具体的加密服务提供者进行交互，由其他的厂商根据服务编程接口SPI实现加密、签名算法，有利于实现数字加密与数字签名。

应用程序中要实现数字加密与数字签名时，一般是调用微软提供的应用程序编程接口Crypto API。应用程序不能直接与加密服务提供者(CSP)通信，只能通过Crypto API操作系统界面过滤后，经过Crypto SPI系统服务接口与相应的CSP通信。CSP才是真正实现所有加密操作的独立模块。

二、CSP组成

CSP为Windows平台上加解密运算的最核心层实现，是真正执行加密工作的独立的模块。CSP与Windows的接口以DLL形式实现，CSP是真正执行加密工作的独立模块。

按照CSP的不同实现方法，可分为纯软件实现与带硬件的实现，其中带硬件的实现CSP按照硬件芯片不同，可以分为使用智能卡芯片(内置加密算法)的加密型和不使用智能卡芯片的存储型两种，与计算机的接口现在一般都用USB，所以把CSP硬件部分称为USB Key。

物理上一个CSP由这几部分组成：动态链接库，签名文件，签名文件保证提供者经过了认证，操作系统能识别CSP，操作系统可利用其定期验证CSP，保证其未被篡改。还可以使用辅助的DLL实现CSP，辅助的DLL不是CSP的一部分，但是包含CSP调用的函数，辅助的DLL也必须被签名，并且签名文件必须可用，每个DLL在装载库之前被验证签名，每个CSP都有一个名字和一个类型。若有硬件实现，则CSP还包括硬件装置。CSP逻辑上主要由以下部分组成(如图CSP组成)：

(1)微软提供的SPI接口函数实现。在微软提供的SPI接口中共有23个基本密码系统函数由应用程序通过CAPI调用，CSP必须支持这些函数，这些函数提供了基本的功能。

(2)加密签名算法实现。如果是纯软件实现的CSP与用存储型的USB Key实现的CSP，这些函数就在CSP的DLL或辅助DLL中实现，带硬件设备实现的CSP，并且用加密型的USB Key，CSP的动态库就是一个框架，一般的函数实现是在CSP的动态库中，而主要函数的核心是在硬件中实现，在CSP的动态库中只是函数的框架，如：加／解密，散列数据，验证签名等，这是因为私钥一般不导出，这些函数的实现主要在硬件设备中，保密性好。

(3)CSP的密钥库及密钥容器，每一个加密服务提供程序都有一个独立的密钥库，它是一个CSP内部数据库，此数据库包含一个和多个分属于每个独立用户的容器，每个容器都用一个独立的标识符进行标识。不同的密钥容器内存放不同用户的签名密钥对与交换密钥对以及x．509数字证书。出于安全性考虑，私钥一般不可以被导出。带硬件实现的CSP，CSP的密钥库及密钥容器放在硬件存储器中，纯软的CSP实现是放在硬盘上的文件中。

三、CSP实现

在实现微软的CSP时采取了如上图所示:CSP设计框架。通过智能密码钥匙专用API实现了微软CSP。为了兼容NetScape浏览器等所支持的PKCS#11，在实现PKCS#ll的基础上，通过调用PKCS#ll接口实现微软CSP服务编程接口。这样在其它操作系统平台上实现PKCS时也就方便了很多。

用户界面获取PIN

当一个应用要求访问用户私钥或其他身份信息时，必须首先使用用户身份识别码(PIN)来认证用户，如图所示：用户界面获取PIN。通过了认证的程序允许访问身份密钥中的用户敏感数据。用户程序对身份密钥中用户敏感数据的访问必须在一个事务中完成。事务开始前，身份钥处于未认状态；事务结束后，身份密钥仍然返回未认证状态。为了避免每一次操作都要求用户输入PIN，应该在CSP内部缓存用PIN。所有关于用户PIN的显示和操作都必须从这个缓存中直接获得，并且这个缓存的PIN必须与特定登录用户和特定用户身份密钥同步关联，一旦登录用户改变或身份密钥从主机中取出，就必须清除相应的PIN缓存。

四、支持的CSP模块函数

中孚智能密码钥匙通过提供标准的CSP模块实现了与CryptoAPI应用程序无缝的集成。中孚智能密码钥匙的CSP模块是遵从微软的Crypto Service Provider编程规范编写，可以兼容现在和将来的CryptoAPI应用。次CSP是一个PROV_RSA_FULL类型的CSP，它具有一下特点：

提供了安全RSA密钥对容器

提供多种分组和Hash算法

硬件实现RSA运算

支持国产加密算法

编写的个人数字证书载体

以下所列是中孚智能密码钥匙支持的CSP模块函数，这些函数是CSP SPI，CryptoAPI应用程序不用直接调用这些接口，通过微软的安全体系间接调用。

名称	描述
连接函数
CPAcquireContext	为应用程序创建一个上下文
CPGetProvParam	获取CSP相关信息
CPReleaseContext	释放CPAcquireContext获取的上下文
CPGetProvParam	设置CSP相关参数
密钥生成和交换函数
CPDeriveKey	从一个数据散列中生成一个会话密钥，保证生成的密钥互不相同
CPDestroyKey	释放密钥句柄，释放后密钥句柄无效，密钥将不能再被访问
CPDuplicateKey	创建密钥的拷贝
CPExportKey	从CSP密钥容器中导出密钥
CPImportKey	从一个Blob中导入密钥到CSP容器中
CPGenKey	生成密钥或者密钥对
CPGenRandom	生成随机数
CPSetKeyParam	设置密钥属性
CPGetKeyParam	获取密钥属性
CPGetUserKey	获取密钥容器中持久密钥对
数据加密函数
CPEncrypt	加密明文
CPDecrypt	解密密文
散列和数字签名函数
CPCreateHash	初始化散列对象
CPDestroyHash	删除散列对象
CPDublicateHash	创建散列对象拷贝
CPSetHashParam	设置散列对象属性
CPGetHashParam	获取散列对象属性
CPHashData	散列输入数据
CPHashSessionKey	散列一个会话密钥
CPSignHash	签名一个散列对象
CPVerifySignature	验证一个散列对象

CPAcquireContext函数是所有CSP函数中最先被调用的函数。上层应用通过调用这个函数来指定操作那一个密钥容器。每个密钥容器中同时只能保存一对RSA密钥对，和任意多个会话密钥。RSA密钥对是可以持久保存的对象，而会话密钥只能在运行时候存在。如果应用程序需要访问密钥容器中的RSA私钥，则中孚智能密钥钥匙的CSP将会要求验证用户的PIN码。将弹出验证用户PIN码的对话框。用户输入正确的PIN码，验证正确以后CSP模块将进行后续的操作。