c++ 如何使用CryptoAPI创建一个自签名证书

引文链接：How to create a self-signed certificate with CryptoAPI (C++)

CryptoAPI编程

（1）<wbr>微软加密服务体系</wbr>

<wbr>微软加密服务体系CryptoAPI的结构如下图所示，微软加密服务体系包含三层结构和两个接口，分别为应用程序层、操作系统层（OS）、加密服务提供者层(Cryptographic Service Provider,CSP)，CryptoAPI接口和加密服务提供者接口(Cryptographic Service Provider Interface,CSPF)。</wbr>

（2）CryptoAPI体系结构

CryptoAPI体系架构共由五大主要部分组成：基本加密函数、证书编/解码函数、证书库管理函数、简单消息函数、底层消息函数。体系结构如下图所系：

<wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr><wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr></wbr>

• 基本加密函数：用于选择CSP、建立CSP连接、产生密钥、交换及传输密钥等操作。
• 证书编/解码函数：用于数据加密、解密、哈希等操作。这类函数支持数据的加密/解密操作；计算哈希、创建和校验数字签名操作；实现证书、证书撤销列表、证书请求和证书扩展等编码和解码操作。
• 证书库管理函数：用于数字证书及证书库管理等操作。这组函数用于管理证书、证书撤销列表和证书信任列表的使用、存储、获取等。
• 简单消息函数：用于消息处理，比如消息编码/解码、消息加/解密、数字签名及签名验证等操作。它是把多个底层消息函数包装在一起以完成某个特定任务，方便用户的使用。
• 底层消息函数：底层消息函数对传输的PKCS#7数据进行编码，对接受到的PKCS#7数据进行解码，并且对接收到的消息进行解码和验证。它可以实现简单消息函数可以实现的所有功能，且提供更大的灵活性，但一般会需要更多的函数调用。

(3)CryptoAPI基本功能

<wbr><wbr><wbr>利用CryptoAPI,开发者可以给基于Windows的应用程序添加安全服务，包括：ASN.1编码/解码、数据加密/解密、身份认证、数字证书管理，同时支持PKI、对称密码技术等。</wbr></wbr></wbr>

• 密钥管理

<wbr><wbr><wbr>在CryptoAPI中，支持两种类型的密钥：会话密钥、公/私密钥对。会话密钥也成为对称密钥，用于对称加密算法。为了保证密钥的安全性，在CryptoAPI中，这些密钥都保存在CSP内部，用户可以通过CryptExpoetKey以加密密钥快形式导出。公/私钥对用于非对称加密算法。非对称加密算法主要用于加解密会话密钥和数字签名。在CryptoAPI中，一般来说，大多数CSP产生的密钥容器包含两对密钥对，一对用于加密会话密钥，称为交换密钥对，一对用于产生数字签名，称为签名密钥对。在CryptoAPI中，所有的密钥都存储在CSP中，CSP负责密钥的创建，销毁，导入导出等操作。</wbr></wbr></wbr>

• 数据编码/解码

<wbr><wbr>CryptoAPI采用的编码方式为ASN.1，编码规则为DER，表示发送方发送数据时先把数据抽象为ASN.1对象，然后使用DER编码规则把ASN.1对象转化为可传输的0、1串；接受方接受到数据后，利用DER解码规则把0、1串转化为ASN.1对象，然后把ASN.1对象转化为具体应用支持的数据对象。</wbr></wbr>

• 数据加/解密

<wbr><wbr>在CryptoAPI中约定加密较大的数据块时，采用对称加密算法。通过其封装好的加解密函数来实现数据解加密操作。</wbr></wbr>

• 哈希与数字签名

<wbr><wbr>哈希与数字签名一般用于数据的完整性验证和身份鉴别。CryptoAPI中，通过其封装好的哈希与数字签名函数来实现相关操作。微软公司提供的CSP产生的数字签名遵循RSA标准（PKCS#6）.</wbr></wbr>

• 数字证书管理

<wbr><wbr>数字证书主要用于安全通信中的身份鉴别。CryptoAPI中，对数字证书的使用管理函数分为证书与证书库函数、证书验证函数两大部分。</wbr></wbr>

在VC++中开发CryptoAPI应用程序，需要预先设置一些编译环境。

1.需要包含以下头文件：

#include <windows.h>

#include <wincrypt.h>

2.包含的静态链接库：

链接CryptoAPI函数必须有静态库Crypto32.lib的支持，部分CryptoAPI函数可能还需要静态库advapi32.lib及CryptUI.lib的支持。

3.假如在VC++6.0上编译程序，则还需加上以下语句：

#ifndef _WIN32_WINNT

#define _WIN32_WINNT 0x0400

#endif

在不同的版本的windows操作系统下，可能需要定义不同的常量，具体查看wincrypt.h头文件，根据wincrypt.h上不同的预编译语句在自己的应用程序中进行不同定义。（我在VS 2008环境中编译程序，不在需要自定义这部分）。在vs2008的wincrypt.h头文件已经没有这些相关的定义。）

注：部分的CryptoAPI函数在VC++6.0上并没有定义，如CertGetNameString函数为CryptoAPI的证书管理函数，但是在VC++6.0下编译时会报错，查看相应的wincryp.h文件时会发现里面没有声明该函数。但在VC++7.0以上的版本中则定义了这个函数。解决方法是可以将VC++7.0上的wincrypt.h、crypt32.lib、advapi32.lib三个文件覆盖vc+6.0的相应文件。

以下介绍几个编写CryptoAPI应用程序常用到得函数。

1.BOOLEAN CRYPTFUNC CryptAcquireContext(
HCRYPTPROV*phProv, CSP句柄
LPCTSTRpszContainer, 密钥容器名称，指向密钥容器的字符串指针
LPCTSTRpszProvider, 指向CSP名称的字符串指针，如果为NULL，则使用默认的CSP
DWORDdwProvType, CSP类型
DWORDdwFlags标志
);

这个函数是为了获得CSP句柄，函数通过phProv参数返回获得的CSP句柄。在CryptoAPI加密服务相关的所有操作都在CSP实现，CSP真正实行加密相关服务的独立模块，当应用程序需要加密相关服务时，比如：加解密操作、密钥产生于管理等，必须先获取某个CSP句柄。这时一般CryptoAPI编程的第一步。

2.BOOL CRYPTFUNC CryptGenKey(
HCRYPTPROVhProv, //CSP句柄
ALG_IDAlgid, //算法标志ID值。创建会话密钥时，它指定具体的加解密算法。指定算法时应注意具体的

// CSP是否支持此算法。创建公/私密钥对时，参数应为AT_KEYEXCHANGE(交换密钥对)

//或AT_SIGNATURE(签名密钥对）。
DWORDdwFlags, //说明创建密钥的长度及其它属性。
HCRYPTKEY*phKey //新创建密钥句柄，函数通过这个参数返回创建密钥句柄。
);

在CryptoAPI中，构造密钥一般有两种方法，一通过哈希值，而通过随机数构造。上面这种就是通过随机数创建的。下面介绍利用哈希值创建的函数。

BOOL CRYPTFUNC CryptDeriveKey(
HCRYPTPROVhProv,
ALG_IDAlgid, //要产生密钥的对称加密算法
HCRYPTHASHhBaseData, //哈希句柄，函数根据这个哈希句柄创建密钥。
DWORDdwFlags, //指定密钥的类型。
HCRYPTKEY*phKey //密钥句柄，函数通过这个参数返回创建的密钥句柄。
);

这个函数通过输入的哈希值hBaseData来创建一个密钥，通过密钥句柄phKey参数返回。注意：这个函数只能创建会话密钥，不能用于创建公/私密钥对。

3.BOOL CRYPTFUNC CryptCreateHash(
HCRYPTPROVhProv, //CSP句柄
ALG_IDAlgid, //哈希算法标识符
HCRYPTKEYhKey, // 如果哈希算法是密钥哈希，如HMACH或者MAC算法，就用此密钥句柄传递密钥。

//对于非密钥算法，此参数为NULL。
DWORDdwFlags, //保留，必须为0
HCRYPTHASH*phHash//哈希句柄，函数通过这个参数返回创建的哈希对象句柄。
);

这个函数初始化一个哈希句柄，它创建并返回一个CSP哈希句柄。

4.BOOL WINAPI CryptHashData(
HCRYPTHASHhHash, //哈希句柄，创建的哈希值通过这个句柄返回
BYTE*pbData, //指向要加入到哈希句柄的数据指针
DWORDdwDataLen, // 数据长度
DWORDdwFlags //标志
);

这个函数是计算一段数据的哈希值并加入到指定的哈希句柄中。在使用这个函数前必须通过CrpytHashData函数创建了一个哈希句柄。

5.BOOL WINAPI CryptEncodeObject(
__in DWORDdwCertEncodingType, //使用的编码类型。通常为 X509_ASN_ENCODING |

//PKCS_7_ASN_ENCODING
__in LPCSTRlpszStructType, //要编码的结构体类型
__in const void*pvStructInfo, //欲编码的结构体指针，要和lpszStructType类型一致
__out BYTE*pbEncoded, //编码后结构体指针，当设置为NULL时用于获取其长度
__in_out DWORD*pcbEncoded //编码后的结构体长度
);

这个函数用于将pvStructInfo所指向的数据按照lpszStructType结构体类型编码。

6.BOOL WINAPI CryptDecodeObject(
__in DWORDdwCertEncodingType,
__in LPCSTRlpszStructType,
__in const BYTE*pbEncoded,
__in DWORDcbEncoded,
__in DWORDdwFlags,
__out void*pvStructInfo,
__in_out DWORD*pcbStructInfo
);
这个函数是对上面编码后的数据进行解码，参数和上面编码函数的参数差不多，具体可以查看MSDN帮助文档。

1.CERT_RDN_ATTR 结构体

typedef struct _CERT_RDN_ATTR {
  LPSTR pszObjId;
  DWORD dwValueType;
  CERT_RDN_VALUE_BLOB Value;
} CERT_RDN_ATTR, 
 *PCERT_RDN_ATTR;

pszObjId:对象标识符，用于标识证书属性，具体可以查看MSDN中的解析，也可以查看wincrypt.h文件查看相应的定义。譬如szOID_STATE_OR_PROVINCE_NAME，表示省名。
dwValueType:对成员Value的解析，取值查看MSDN，当主要是初始化证书属性时，Value的值主要是一些字符串时，该值可以为CERT_RDN_PRINTABLE_STRING，表示可以打印的字符串。

Value：一个结构体，在这里初始化证书属性。

typedef struct _CRYPTOAPI_BLOB {
  DWORD cbData;
  BYTE* pbData;
} ，其中cbData表示大小，pbData指向一个内存空间。

2.CERT_RDN 结构体：The CERT_RDN structure contains a <link tabindex="0" keywords="security.r_gly" errorurl="../common/badjump.htm"> (RDN) consisting of an array of CERT_RDN_ATTR structures.

typedef struct _CERT_RDN {
  DWORD cRDNAttr;
  PCERT_RDN_ATTR rgRDNAttr;
} CERT_RDN, 
 *PCERT_RDN;

参数：cRDNAttr:rgRDNAttr数组元素的个数；rgRDNAttr:指向CERT_RDN_ATTR结构元素的数组地址。

3.CERT_NAME_INFO 结构体：The CERT_NAME_INFO structure contains subject or issuer names.The information is represented as an array of CERT_RDN structures.

typedef struct _CERT_NAME_INFO {
  DWORD cRDN;
  PCERT_RDN rgRDN;
} CERT_NAME_INFO, 
 *PCERT_NAME_INFO;

参数：同上差不多。

4.CERT_REQUEST_INFO 证书请求结构体：这个结构体包含证书请求的主体，主体公钥，属性块等信息，这些信息都是经过编码的。

typedef struct _CERT_REQUEST_INFO {
  DWORD dwVersion;
  CERT_NAME_BLOB Subject;
  CERT_PUBLIC_KEY_INFO SubjectPublicKeyInfo;
  DWORD cAttribute;
  PCRYPT_ATTRIBUTE rgAttribute;
} CERT_REQUEST_INFO, 
 *PCERT_REQUEST_INFO;
 
参数：dwVersion:证书版本号，可以为CERT_V1等，根据属性扩展情况，符合不同版本证书；Subject:证书主题；SubjectPublicKeyInfo:证书主题中的公钥信息；cAttribute:rgAttribute数组元素个数，可以为0；rgAttribute:属性参数数组，可以为NULL；

以上信息都是要经过编码后的信息来填充的。
5.CryptSignAndEncodeCertificate函数，用来创建自签名证书
BOOL WINAPI CryptSignAndEncodeCertificate(
  __in          HCRYPTPROV_OR_NCRYPT_KEY_HANDLE hCryptProvOrNCryptKey,
  __in          DWORD dwKeySpec,
  __in          DWORD dwCertEncodingType,
  __in          LPCSTR lpszStructType,
  __in          const void* pvStructInfo,
  __in          PCRYPT_ALGORITHM_IDENTIFIER pSignatureAlgorithm,
  __in          const void* pvHashAuxInfo,
  __out         PBYTE pbEncoded,
  __in_out      DWORD* pcbEncoded
);
参数：1，CSP句柄；2，指明公钥是来自签名公钥还是交换公钥，可以为AT_KEYEXCHANGE或者AT_SIGNATURE之一；3，指明编码类型，可以为X509_ASN_ENCODING；4，结构体类型，和第5个参数配合起来使用，可以为X509_CERT_CRL_TO_BE_SIGNED或者X509_CERT_REQUEST_TO_BE_SIGNED或者X509_CERT_TO_BE_SIGNED或者X509_KEYGEN_REQUEST_TO_BE_SIGNED，意思可以查看MSDN。
6，签名算法结构体，指明签名算法，算法标识可以为szOID_RSA_MD5RSA 或者szOID_RSA_SHA1RSA 或者szOID_X957_SHA1DSA ；7，可以不用，设为NULL；8，签名后数据的长度，当设为NULL时，可以用来求数据的长度；9，用于存放数据的内存空间。



（4）使用CryptoAPI创建一个自签名证书

下面的 c + + 示例演示如何使用 CertCreateSelfSignCertificate API 来创建一个自签名的证书。将计算机配置文件中创建私钥/公钥和证书将存储该同一配置文件的受信任根 CA 存储中：
#include "stdio.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"
#include "wincrypt.h"
#include "tchar.h"

int SelfSignedCertificateTest()
{
  // CREATE KEY PAIR FOR SELF-SIGNED CERTIFICATE IN MACHINE PROFILE

  HCRYPTPROV hCryptProv = NULL;
  HCRYPTKEY hKey = NULL;

  __try 
  {
    // Acquire key container
    _tprintf(_T("CryptAcquireContext... "));
    if (!CryptAcquireContext(&hCryptProv, _T("alejacma"), NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_MACHINE_KEYSET)) 
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());

      // Try to create a new key container
      _tprintf(_T("CryptAcquireContext... "));
      if (!CryptAcquireContext(&hCryptProv, _T("alejacma"), NULL, PROV_RSA_FULL, CRYPT_NEWKEYSET | CRYPT_MACHINE_KEYSET))
      {
        // Error
        _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
        return 0;
      }
      else 
      {
        _tprintf(_T("Success\n"));
      }
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    // Generate new key pair
    _tprintf(_T("CryptGenKey... "));
    if (!CryptGenKey(hCryptProv, AT_SIGNATURE, 0x08000000 /*RSA-2048-BIT_KEY*/, &hKey))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
  }
  __finally
  {
    // Clean up  
     
    if (hKey) 
    {
      _tprintf(_T("CryptDestroyKey... "));
      CryptDestroyKey(hKey);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    } 
    if (hCryptProv) 
    {
      _tprintf(_T("CryptReleaseContext... "));
      CryptReleaseContext(hCryptProv, 0);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
  }

  // CREATE SELF-SIGNED CERTIFICATE AND ADD IT TO ROOT STORE IN MACHINE PROFILE

  PCCERT_CONTEXT pCertContext = NULL;
  BYTE *pbEncoded = NULL;
  HCERTSTORE hStore = NULL;
  HCRYPTPROV_OR_NCRYPT_KEY_HANDLE hCryptProvOrNCryptKey = NULL;
  BOOL fCallerFreeProvOrNCryptKey = FALSE;

  __try 
  {             
    // Encode certificate Subject
    LPCTSTR pszX500 = _T("CN=Alejacma, T=Test");
    DWORD cbEncoded = 0;
    _tprintf(_T("CertStrToName... "));
    if (!CertStrToName(X509_ASN_ENCODING, pszX500, CERT_X500_NAME_STR, NULL, pbEncoded, &cbEncoded, NULL))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    _tprintf(_T("malloc... "));
    if (!(pbEncoded = (BYTE *)malloc(cbEncoded)))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    _tprintf(_T("CertStrToName... "));
    if (!CertStrToName(X509_ASN_ENCODING, pszX500, CERT_X500_NAME_STR, NULL, pbEncoded, &cbEncoded, NULL))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    // Prepare certificate Subject for self-signed certificate
    CERT_NAME_BLOB SubjectIssuerBlob;
    memset(&SubjectIssuerBlob, 0, sizeof(SubjectIssuerBlob));
    SubjectIssuerBlob.cbData = cbEncoded;
    SubjectIssuerBlob.pbData = pbEncoded;

    // Prepare key provider structure for self-signed certificate
    CRYPT_KEY_PROV_INFO KeyProvInfo;
    memset(&KeyProvInfo, 0, sizeof(KeyProvInfo));
    KeyProvInfo.pwszContainerName = _T("alejacma");
    KeyProvInfo.pwszProvName = NULL;
    KeyProvInfo.dwProvType = PROV_RSA_FULL;
    KeyProvInfo.dwFlags = CRYPT_MACHINE_KEYSET;
    KeyProvInfo.cProvParam = 0;
    KeyProvInfo.rgProvParam = NULL;
    KeyProvInfo.dwKeySpec = AT_SIGNATURE;

    // Prepare algorithm structure for self-signed certificate
    CRYPT_ALGORITHM_IDENTIFIER SignatureAlgorithm;
    memset(&SignatureAlgorithm, 0, sizeof(SignatureAlgorithm));
    SignatureAlgorithm.pszObjId = szOID_RSA_SHA1RSA;

    // Prepare Expiration date for self-signed certificate
    SYSTEMTIME EndTime;
    GetSystemTime(&EndTime);
    EndTime.wYear += 5;

    // Create self-signed certificate
    _tprintf(_T("CertCreateSelfSignCertificate... "));
    pCertContext = CertCreateSelfSignCertificate(NULL, &SubjectIssuerBlob, 0, &KeyProvInfo, &SignatureAlgorithm, 0, &EndTime, 0);
    if (!pCertContext)
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    // Open Root cert store in machine profile
    _tprintf(_T("CertOpenStore... "));
    hStore = CertOpenStore(CERT_STORE_PROV_SYSTEM, 0, 0, CERT_SYSTEM_STORE_LOCAL_MACHINE, L"Root");
    if (!hStore)
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    // Add self-signed cert to the store
    _tprintf(_T("CertAddCertificateContextToStore... "));
    if (!CertAddCertificateContextToStore(hStore, pCertContext, CERT_STORE_ADD_REPLACE_EXISTING, 0))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }

    // Just for testing, verify that we can access self-signed cert's private key
    DWORD dwKeySpec;
    _tprintf(_T("CryptAcquireCertificatePrivateKey... "));
    if (!CryptAcquireCertificatePrivateKey(pCertContext, 0, NULL, &hCryptProvOrNCryptKey, &dwKeySpec, &fCallerFreeProvOrNCryptKey))
    {
      // Error
      _tprintf(_T("Error 0x%x\n"), GetLastError());
      return 0;
    }
    else
    {
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }                                           
  }
  __finally
  {
    // Clean up
    
    if (!pbEncoded) {
      _tprintf(_T("free... "));
      free(pbEncoded);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
    
    if (hCryptProvOrNCryptKey) 
    {
      _tprintf(_T("CryptReleaseContext... "));
      CryptReleaseContext(hCryptProvOrNCryptKey, 0);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
    
    if (pCertContext)
    {
      _tprintf(_T("CertFreeCertificateContext... "));
      CertFreeCertificateContext(pCertContext);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
    
    if (hStore)
    {
      _tprintf(_T("CertCloseStore... "));
      CertCloseStore(hStore, 0);
      _tprintf(_T("Success\n"));
    }
  }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
  SelfSignedCertificateTest();
  
  _tprintf(_T("<< Press any key>>\n"));
  _getch();
  return 0;
}