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 \Libraries\DLL\Release 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) +
 'KEYS\pubring.pgp');
 StrPCopy(P.PrivateKeyring, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
 'KEYS\secring.pgp');
 StrPCopy(P.RandomSeedFile, ExtractFilePath(Application.ExeName) +
 'KEYS\randseed.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

• Для Генерации ключей;
• При выборе получателей сообщений;
• При запросе пароля и т.п.

Вывод:

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;