mbedTLS ECDSA 数字签名示例
功能说明
演示如何使用 mbedTLS 库进行 ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）签名和验证操作。本示例展示了 ECDSA 密钥生成、消息哈希、签名生成和签名验证的完整流程。
ECDSA 是一种基于椭圆曲线的数字签名算法，提供与 RSA 相当的安全性，但使用更短的密钥长度。
硬件连接
无需外部连接，mbedTLS 为纯软件加密库。如果启用硬件加速（CONFIG_MBEDTLS_ATCA_HW_ECDSA_VERIFY=y），可以使用硬件加速的 ECDSA 验证。
示例内容
本示例测试所有支持的哈希算法（从 MBEDTLS_MD_MD2 到 MBEDTLS_MD_RIPEMD160）和所有支持的椭圆曲线（11 条曲线），对每个组合执行以下步骤：
- 初始化随机数生成器（CTR_DRBG）和熵源
- 计算消息的哈希值（使用指定的哈希算法）
- 生成 ECDSA 密钥对（私钥和公钥）
- 使用私钥对哈希值进行签名（生成 r 和 s 值）
- 使用公钥验证签名
测试的哈希算法
- MD2, MD4, MD5
- SHA1
- SHA224, SHA256, SHA384, SHA512
- RIPEMD160
测试的椭圆曲线
- SECP192R1, SECP224R1, SECP256R1, SECP384R1, SECP521R1
- BP256R1, BP384R1, BP512R1
- SECP192K1, SECP224K1, SECP256K1
注意：代码中注释说明 CURVE25519 和 CURVE448 不能用于 ECDSA，因此不测试这两条曲线。
编译运行
.. include:: /sample_build.rst
预期输出
********Arcs SDK 0.1.0 @ v0.0.23.temp.docs-96-gf56c5084660d********
Running on hart-id: 1
I/elog [1034:42:44.159 1 elog_async] EasyLogger V2.2.99 is initialize success.
Hello, world!
mbedtls ecdsa test
mbedtls ecdsa test begin
================= 1================
. setup rng ... ok
1. hash msg ... ok
2. ecdsa generate keypair:
04...
3. ecdsa generate signature:
...
4. ecdsa verify signature ... ok
================= 2================
...
mbedtls ecdsa test done
说明：
- 输出开头包含系统启动信息和日志系统初始化信息
- 对每个哈希算法和椭圆曲线的组合都会输出测试编号
- 密钥对以十六进制格式输出（包含公钥和私钥）
- 签名（r 和 s 值）以十六进制格式输出
- 验证成功会显示 "ok"
核心 API
| API | 说明 |
|---|---|
mbedtls_ecdsa_genkey() |
生成 ECDSA 密钥对 |
mbedtls_ecdsa_sign() |
使用私钥对哈希值进行签名 |
mbedtls_ecdsa_verify() |
使用公钥验证签名 |
mbedtls_md() |
计算消息的哈希值 |
mbedtls_ecp_point_write_binary() |
将椭圆曲线点写入二进制格式 |
mbedtls_mpi_write_binary() |
将大整数写入二进制格式 |
mbedtls_ctr_drbg_seed() |
初始化 CTR_DRBG 随机数生成器 |
关键代码
/* 计算消息哈希 */
mbedtls_md_context_t md_ctx;
uint8_t hash[64];
uint8_t msg[100];
memset(msg, 0x12, sizeof(msg));
mbedtls_md(mbedtls_md_info_from_type(md_type), msg, sizeof(msg), hash);
/* 生成 ECDSA 密钥对 */
mbedtls_ecdsa_context ctx;
mbedtls_ecdsa_init(&ctx);
mbedtls_ecdsa_genkey(&ctx, grp_id,
mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);
/* 签名 */
mbedtls_mpi r, s;
mbedtls_mpi_init(&r);
mbedtls_mpi_init(&s);
mbedtls_ecdsa_sign(&ctx.grp, &r, &s, &ctx.d,
hash, hash_len, mbedtls_ctr_drbg_random, &ctr_drbg);
/* 验证 */
mbedtls_ecdsa_verify(&ctx.grp, hash, hash_len, &ctx.Q, &r, &s);
哈希算法说明
哈希长度
不同哈希算法产生不同长度的哈希值：
- MD2, MD4, MD5, RIPEMD160: 16 或 20 字节
- SHA1, RIPEMD160: 20 字节
- SHA224: 28 字节
- SHA256: 32 字节
- SHA384: 48 字节
- SHA512: 64 字节
代码中根据哈希算法类型自动确定哈希长度。
配置说明
必需配置
CONFIG_SDK_MODULE_MBEDTLS=y: 启用 mbedTLS 模块CONFIG_MBEDTLS_ECP_C=y: 启用椭圆曲线支持CONFIG_MBEDTLS_ECDSA_C=y: 启用 ECDSA 支持CONFIG_MBEDTLS_ECP_ALL_ENABLED=y: 启用所有椭圆曲线CONFIG_MBEDTLS_HASH_ALL_ENABLED=y: 启用所有哈希算法
硬件加速配置（可选）
CONFIG_MBEDTLS_HARDWARE_ENTROPY=y: 启用硬件熵源CONFIG_MBEDTLS_ATCA_HW_ECDSA_VERIFY=y: 启用 ECC 硬件加速（用于 ECDSA 验证）CONFIG_MBEDTLS_HARDWARE_MPI_MODULAR_EXPONENTIATION=y: 启用硬件模幂运算
注意事项
- 哈希算法选择: 实际应用中应使用安全的哈希算法（如 SHA256 或 SHA512），避免使用 MD2、MD4、MD5 等已被认为不安全的算法
- 椭圆曲线选择: 不同的椭圆曲线提供不同的安全级别，应根据实际需求选择合适的曲线
- 消息哈希: ECDSA 是对消息的哈希值进行签名，而不是直接对消息签名
- 签名格式: ECDSA 签名由两个大整数 r 和 s 组成，需要同时保存和传输
- 随机数生成器: 签名生成需要高质量的随机数，必须正确初始化熵源和 CTR_DRBG
- 资源清理: 使用完所有 mbedTLS 结构后，必须调用相应的
free()函数释放资源 - 测试范围: 本示例测试所有支持的哈希算法和椭圆曲线组合，某些组合可能在某些平台上不支持
- 曲线限制: CURVE25519 和 CURVE448 不能用于 ECDSA，只能用于 ECDH 等其他用途