本文由云+社区发表
作者：mariolu
一、什么是PSS模式？
1.1、两种签名方式之一RSA-PSS
PSS (Probabilistic Signature Scheme)私钥签名流程的一种填充模式。目前主流的RSA签名包括RSA-PSS和RSA-PKCS#1 v1.5。相对应PKCS（Public Key Cryptography Standards）是一种能够自我从签名，而PSS无法从签名中恢恢复原来的签名。openssl-1.1.x以后默认使用更安全的PSS的RSA签名模式。
1.2、填充的必要性
RSA算法比较慢，一般用于非对称加密的private key签名和public key验证。因RSA算法沒有加入乱数，当出现重复性的原始资料，攻击者会通过相同加密密文而猜测出原文，因此导入padding的机制來加強安全性。
TLS流程中的密钥材料若不进行填充而直接加密，那么显然相同的key，会得到相同的密文。这种在语义上来说，是不安全的。以下例子说明了无填充模式的安全漏洞。
- m：明文
- e，n：RSA参数（公钥）
- d：RSA参数（私钥）
- c：网络传输密文
加密方加密m：c = m^e mod n，传输c
解密方解密c：m = c^d mod n，还原m
- c'：篡改密文
- k：篡改码
由于c在网络上传输，如果网络上有人对其进行c' = c*k^e mod n，这样的替换
那么解密方将得到的结果是
(c*k^e)^d mod n
= （c^d mod n）* （k^ed mod n）
= m*k
即中间人有办法控制m。
1.3、PSS的基本要素
使用PSS模式的RSA签名流程如下：
图1、RSA-PSS的填充模式
相比较PKCS#1 v1.5的padding简单许多：
图2、RSA-PKCS#v1.5的填充模式
PSS的一些概念：
- hash算法，一般使用SHA-1
- MGF函数（mask generation function)。默认是MGF1。
- salt length，一般由hLen决定。当为0时，签名值变成了唯一确定的。
- 截断符号，一般是0xbc
二、RSA签名实际操作
这节例子中所涉及到的文件说明：
/tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key：私钥
/tmp/pub: 公钥
/tmp/data: 明文
/tmp/endata: 密文
/tmp/sign: 签名
/tmp/de_sign: 解签名
2.1、前期准备：公钥和私钥
- 通过key文件提取出public key
openssl rsa -in /usr/local/services/ssl_agent/ca/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key -pubout -out /tmp/pub
- 原始数据：
echo -n "1234567890" > /tmp/data
- 这样就有一对公钥和私钥，用来测试RSA加密解密（encrypt、decrypt）和签名验证（sign，verify）
- RSA加密的两种算法分别是RSAES-PKCS-v1_5 and RSAES-OAEP。
2.2、加密和解密（encrypt，decrypt）
- 加密：
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/data -in /tmp/data -encrypt -out /tmp/endata
- 解密，用private key解密，得到原本的值：
openssl rsautl -inkey /tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key -in /tmp/en_data -decrypt
2.3、签名和验证（sign, verify）
签名过程包括hash和加密。hash函数一般使用sha1。这样输入明文，直接生成sign签名。
如果是私钥签名所做的事就是先hash再加密，选择一种hash算法把原始消息计算后成ASN1格式，再把这个资料用private key加密后送出，资料本身不加密，这种方式主要是用來验证资料来源是否可信任的，送出時把原始资料和签名一起送出。
- 签名：
openssl sha1 -sign /tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key /tmp/data > /tmp/data/sign/tmp/data/sign
- 解开签名：
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in sign -verify -out /tmp/de_sign
用public key解开签名，并且保留padding
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in /tmp/sign -encrypt -raw -hexdump
使用解开ASN1解开签名，或者签名后用ASN1工具解析
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in /tmp/sign -verify -asn1parse
或者：
openssl asn1parse -inform der -in /tmp/de_sign
和本地sha1对比
openssl sha1 /tmp/data
如果两者hash结果是一样，那么确定签名送过来是正确的。
2.4、openssl rsautl工具支持的填充模式
openssl rsautl --help，可以看到支持的padding模式有，在rsautl加上以下选项可以重复做2.2~2.3的实验。
-ssl Use SSL v2 padding
-raw Use no padding
-pkcs Use PKCS#1 v1.5 padding (default)
-oaep Use PKCS#1 OAEP
三、PSS填充模式的特点
PSS是RSA的填充模式中的一种。
完整的RSA的填充模式包括：
RSA_SSLV23_PADDING（SSLv23填充）
RSA_NO_PADDING（不填充）
RSA_PKCS1_OAEP_PADDING （RSAES-OAEP填充，强制使用SHA1，加密使用）
RSA_X931_PADDING（X9.31填充，签名使用）
RSA_PKCS1_PSS_PADDING（RSASSA-PSS填充，签名使用）
RSA_PKCS1_PADDING（RSAES-PKCS1-v1_5/RSASSA-PKCS1-v1_5填充，签名可使用）
其中主流的填充模式是PKCS1和PSS模式。
PSS的优缺点如下：
- PKCS#1 v1.5比较简易实现，但是缺少security proof。
- PSS更安全，所以新版的openssl-1.1.x优先使用PSS进行私钥签名（具体在ssl握手的server key exchange阶段）
此文已由腾讯云+社区在各渠道发布
获取更多新鲜技术干货，可以关注我们腾讯云技术社区-云加社区官方号及知乎机构号