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OpenSSL FIPS_mode_set 在 Python 密码库中不起作用

Python

弑天下 2022-06-14 15:28:26

根据 Python Cryptography library 的文档 [1]，可以使用静态链接的 OpenSSL 构建自定义密码轮。我尝试使用使用 FIPS 对象模块构建的 OpenSSL 安装来执行此操作，并且能够成功构建轮子，但发现它没有 FIPS 功能（无法设置 FIPS_mode_set=1）。我创建了一个可以重现相同结果的 Dockerfile。最后的 Python 代码应该显示“1”和“OpenSSL 1.0.2t-fips 10 Sep 2019”，而是显示“0”和“OpenSSL 1.0.2t 2019 年 9 月 10 日”（未-fips指定）。令我难以置信的是，当我调用openssl version我构建的 CLI 时，它正确显示了带有-fips后缀的版本。因为，我猜我在构建密码学的某个地方出错了。在这里感谢任何帮助！FROM centos# Install build dependenciesRUN yum groupinstall -y "Development Tools" && \ yum install -y python-devel libffi-devel# Install Python dependenciesRUN curl https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py -o get-pip.py && \ python get-pip.py && \ pip install virtualenv setuptools wheel pip# Build Fips object moduleRUN curl -O https://www.openssl.org/source/openssl-fips-2.0.16.tar.gz && \ tar xvf openssl-fips-2.0.16.tar.gz && \ cd openssl-fips-2.0.16 && \ ./config && \ make && \ make install# Build OpenSSLRUN curl -O https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.2t.tar.gz && \ tar xvf openssl-1.0.2t.tar.gz && \ cd /openssl-1.0.2t && \ ./config fips no-shared -fPIC --prefix=/openssl-1.0.2t/openssl && \ make depend && \ make && \ make install_sw# Build cryptographyRUN CFLAGS="-I/openssl-1.0.2t/openssl/include" LDFLAGS="-L/openssl-1.0.2t/openssl/lib" pip wheel --no-cache --no-binary :all: cryptography && \ pip install cryptography*.whl# Test if fips is enabledRUN python -c "\from cryptography.hazmat.backends.openssl.backend import backend;\print backend._lib.FIPS_mode_set(1);\print ''.join([backend._lib.OPENSSL_VERSION_TEXT[i] for i in range(30)])"[1] https://cryptography.io/en/latest/installation/#static-wheels

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1 回答

牛魔王的故事

TA贡献1830条经验获得超3个赞

1. 一般

首先，我想提一下，虽然我明白其中的原因，但我并不完全认同Cryptography的设想（[Cryptography]: Installation - Static Wheels）。共享库已经存在了几十年，并且已经证明了它们的优越性。更不用说Python提供了2 个（标准）模块（_ssl和_hashlib），它们动态链接到OpenSSL（无论它在系统上是什么）。附带说明一下，在Win上，2 个Python模块也用于静态链接到OpenSSL，但从v 3.7开始，它们不再这样做。回到Nix：2 个OpenSSL版本被加载到同一个 ( Python ) 进程中。它似乎没有伤害，但它看起来很有趣。和今天一样（191009），有一堆.whl用于v2.7和v3.4，但没有一个相当不错的（Python）环境：

//img1.sycdn.imooc.com//62a838c90001dec819141076.jpg

我记得前段时间有一个类似的情况：除了2个标准模块外，还使用了M2Crypto 。在那种情况下（我们完全交付了Python），也交付了 2 个特定的（支持 FIPS的）OpenSSL（动态）库，并且所有的Python模块都链接到它们。它适用于各种（桌面）环境（其中许多“异国情调”的环境）：

CPU架构 ( LE / BE ): x86 , AMD64 , IA64 , SPARC , PPC , zSeries
操作系统（有多个版本）：Win、Lnx（RH、CentOS、OEL、SuSE、Xen、Ubuntu）、Solaris、AIX、HP-UX（作为个人练习，我添加了OSX）

[OpenSSL]：UserGuide-2.0.pdf - OpenSSL FIPS 对象模块 v2.0 的用户指南（引用自[OpenSSL]：FIPS-140以防URL更改）包含所有需要的详细信息。

在继续之前，这里有一些我将在整个帖子中使用的术语：

FOM - FIPS对象模块 ( fipscanister.o )
FOME - FOM链接的可执行文件（ELF（Win上的PE））。请记住，它本身可以是可执行文件，也可以是.so ( .dll )。此外，如果它包含在静态库 ( .a ) 中，它不会被链接（只是存档）。附带说明一下，当OpenSSL构建为共享时，FOME是libcrypto.so.*，而当静态构建时（如本例中），它是与libcrypto.a链接的可执行文件（例如openssl可执行文件）

FOM位于OpenSSL（可能还有其他类似的密码学提供程序，如LibreSSL、WolfSSL等）之上，它旨在通过限制一些原本可用的功能来增强安全性（根据NIST标准）。一个这样的功能示例是md5哈希的使用，它被认为是弱的（我很确定sha1也会遵循，在即将发布的下一个版本中）。
这是（在运行时）发生的事情的（非常简化的）版本：

FIPS模式开启：

是：继续（使用默认功能）
否：返回错误
检查是否满足附加约束：

FIPS模式关闭：

回退到默认功能

#1.1的一部分。是自测。这包括：

计算FOME签名
将其与一个值（也存储在FOME中）进行比较

这恰好确保（或大大减少机会）没有人篡改（手动修改、拆卸......）FOME。为了更好地理解签名机制，让我们深入了解FOME构建过程：

所有FOME源 + FOM都被编译（到目标文件中）
它们链接在一起（进入FOME）。这是正常构建结束的时间
正在计算 FOME签名

#1 中的项目。+ fips_premain.o被链接到一个（真正的，不是.dll）可执行文件（FPD）
针对FOME ( #1. )调用FPD 。它读取FOME的.rodata部分并计算其sha1哈希。请注意，它忽略了位于特定地址的41字节区域（打孔）

#3.1。重复，但这次fips_premain.o被重新编译以包含上一步的哈希。现在很清楚上一步的打孔，它是签名的地方：（sha hash 的长度（40）+ nul）。这是最终的FOME

注意：在Win上，情况会有所不同。

我设法重现了这个问题。我将从测试脚本开始。

code00.py:

#!/usr/bin/env python3

import sys

from cryptography.hazmat.backends.openssl.backend import backend

import cffi

def main():

ffi = cffi.FFI()

lib = backend._lib

fmt = "OpenSSL version: {0:s}\nFIPS_mode(): {1:d}\nFIPS_mode_set(1): {2:d}\nFIPS_mode(): {3:d}"

print(fmt.format(ffi.string(lib.OPENSSL_VERSION_TEXT).decode(),

lib.FIPS_mode(), lib.FIPS_mode_set(1), lib.FIPS_mode()))

err = lib.ERR_get_error()

if err:

err_fmt = "error:[{0:d}]:[{1:s}]:[{2:s}]:[{3:s}]"

print(err_fmt.format(

err,

ffi.string(lib.ERR_lib_error_string(err)).decode(),

ffi.string(lib.ERR_func_error_string(err)).decode(),

ffi.string(lib.ERR_reason_error_string(err)).decode()

))

else:

print("Success !!!")

if __name__ == "__main__":

print("Python {0:s} {1:d}bit on {2:s}\n".format(" ".join(item.strip() for item in sys.version.split("\n")), 64 if sys.maxsize > 0x100000000 else 32, sys.platform))

main()

print("\nDone.")

2. 设置

我已经构建了FOM和支持FIPS的OpenSSL（与您的类似，但我自定义了它们的路径）。在构建FOM和OpenSSL时使用了 ${FIPSDIR}变量。

[cfati@cfati-ubtu16x64-0:~/Work/Dev/StackOverflow/q058228435]> ~/sopr.sh

*** Set shorter prompt to better fit when pasted in StackOverflow (or other) pages ***

[064bit-prompt]> uname -a

Linux cfati-ubtu16x64-0 4.15.0-65-generic #74~16.04.1-Ubuntu SMP Wed Sep 18 09:51:44 UTC 2019 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

[064bit-prompt]> cat /etc/lsb-release | grep DESCR

DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 16.04.6 LTS"

[064bit-prompt]> gcc --version | grep gcc

gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.11) 5.4.0 20160609

[064bit-prompt]>

[064bit-prompt]> echo ${FIPSDIR}

/home/cfati/Work/Dev/Tools/zzz_Build/OpenSSL/int/openssl-fips-2.0.16

[064bit-prompt]> tree ${FIPSDIR}

/home/cfati/Work/Dev/Tools/zzz_Build/OpenSSL/int/openssl-fips-2.0.16

├── bin

│ ├── fipsld

│ └── fips_standalone_sha1

├── include

│ └── openssl

│ ├── aes.h

│ ├── bn.h

│ ├── buffer.h

│ ├── cmac.h

│ ├── crypto.h

│ ├── des.h

│ ├── des_old.h

│ ├── dh.h

│ ├── dsa.h

│ ├── ebcdic.h

│ ├── ecdh.h

│ ├── ecdsa.h

│ ├── ec.h

│ ├── e_os2.h

│ ├── evp.h

│ ├── fips.h

│ ├── fips_rand.h

│ ├── fipssyms.h

│ ├── hmac.h

│ ├── modes.h

│ ├── opensslconf.h

│ ├── opensslv.h

│ ├── ossl_typ.h

│ ├── rsa.h

│ ├── sha.h

│ └── symhacks.h

└── lib

├── fipscanister.o

├── fipscanister.o.sha1

├── fips_premain.c

└── fips_premain.c.sha1

4 directories, 32 files

[064bit-prompt]>

[064bit-prompt]> echo ${OPENSSL_DIR}

/home/cfati/Work/Dev/Tools/openssl-1.0.2t-fips-2.0.16-static

[064bit-prompt]> tree ${OPENSSL_DIR}/bin ${OPENSSL_DIR}/lib

/home/cfati/Work/Dev/Tools/openssl-1.0.2t-fips-2.0.16-static/bin

├── c_rehash

└── openssl

/home/cfati/Work/Dev/Tools/openssl-1.0.2t-fips-2.0.16-static/lib

├── engines

├── libcrypto.a

├── libssl.a

└── pkgconfig

├── libcrypto.pc

├── libssl.pc

└── openssl.pc

2 directories, 7 files

[064bit-prompt]>

[064bit-prompt]> ldd ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl

linux-vdso.so.1 => (0x00007ffeec045000)

libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007f12c19c2000)

libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f12c15f8000)

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f12c1bc6000)

[064bit-prompt]>

[064bit-prompt]> ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl version

OpenSSL 1.0.2t-fips 10 Sep 2019

[064bit-prompt]> ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl sha1 ./code00.py

SHA1(./code00.py)= ff122260b025103dbc03316e3d3e26cd683e7a12

[064bit-prompt]> ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl md5 ./code00.py

MD5(./code00.py)= eac85e46734260c1bfcceb89d6a3bd32

[064bit-prompt]> OPENSSL_FIPS=1 ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl sha1 ./code00.py

SHA1(./code00.py)= ff122260b025103dbc03316e3d3e26cd683e7a12

[064bit-prompt]> OPENSSL_FIPS=1 ${OPENSSL_DIR}/bin/openssl md5 ./code00.py

Error setting digest md5

140584610875032:error:060A80A3:digital envelope routines:FIPS_DIGESTINIT:disabled for fips:fips_md.c:180:

3.密码学模块

[064bit-prompt]> ls

code00.py cryptography-2.7.tar.gz

[064bit-prompt]> mkdir build

[064bit-prompt]> cd build

[064bit-prompt]>

[064bit-prompt]> CFLAGS="-I${OPENSSL_DIR}/include -DOPENSSL_FIPS=1" LDFLAGS="-L${OPENSSL_DIR}/lib" python3 -m pip wheel --no-cache --no-binary :all: ../cryptography-2.7.tar.gz

Processing /home/cfati/Work/Dev/StackOverflow/q058228435/cryptography-2.7.tar.gz

Installing build dependencies ... done

Getting requirements to build wheel ... done

Preparing wheel metadata ... done

Collecting asn1crypto>=0.21.0 (from cryptography==2.7)

Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/d1/e2/c518f2bc5805668803ebf0659628b0e9d77ca981308c7e9e5564b30b8337/asn1crypto-1.0.1.tar.gz (115kB)

|████████████████████████████████| 122kB 801kB/s

Collecting cffi!=1.11.3,>=1.8 (from cryptography==2.7)

Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/93/1a/ab8c62b5838722f29f3daffcc8d4bd61844aa9b5f437341cc890ceee483b/cffi-1.12.3.tar.gz (456kB)

|████████████████████████████████| 460kB 1.8MB/s

Collecting six>=1.4.1 (from cryptography==2.7)

Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/dd/bf/4138e7bfb757de47d1f4b6994648ec67a51efe58fa907c1e11e350cddfca/six-1.12.0.tar.gz

Collecting pycparser (from cffi!=1.11.3,>=1.8->cryptography==2.7)

Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/68/9e/49196946aee219aead1290e00d1e7fdeab8567783e83e1b9ab5585e6206a/pycparser-2.19.tar.gz (158kB)

|████████████████████████████████| 163kB 4.5MB/s

Building wheels for collected packages: cryptography, asn1crypto, cffi, six, pycparser

Building wheel for cryptography (PEP 517) ... done