PGPSDK - легкий путь к шифрованию

Автор: Евгений Дадыков

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 LibrariesDLLRelease взять следующие файлы - табл. 1

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) +
      'KEYSpubring.pgp');
    StrPCopy(P.PrivateKeyring, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
      'KEYSsecring.pgp');
    StrPCopy(P.RandomSeedFile, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
      'KEYSrandseed.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
• http://www.ssl.stu.neva.ru/psw/crypto.htm
• http://pgp2all.org.ru/
• http://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"
• http://www.oz.net/~srheller/dpgp/sdk/
• http://www.oz.net/~srheller/spgp/
• http://mymesi.pp.ru/programs/keyprop.zip