CryptodevATECCx08 Auth

From Wiren Board
This is the approved revision of this page, as well as being the most recent.
Other languages:

Использование встроенного чипа ATECCx08 для авторизации на внешних сервисах.

В контроллеры WirenBoard встроен чип ATECCx08, назначением которого является генерация ключевых пар, хранение приватных ключей а также операции асимметричного шифрования с использованием эллиптических кривых. Приватный ключ после начальной инициализации хранится в микросхеме и не покидает ее, тем самым исключается его компрометация.

Используя данную микросхему можно организовать авторизацию контроллера и защиту соединения по SSL на внешних сервисах и быть уверенным, что запрос выполнен с использованием именно этого экземпляра микросхемы.

В данной статье пойдет речь о трех вариантах применения: nginx, openssl, mosquitto.

Для доступа к криптоустройству нужна библиотека libateccssl1.1, установим ее командой:

apt install libateccssl1.1

Далее нужно отредактировать файл /etc/ssl/openssl.cnf, добавив в нем следующие строчки:

openssl_conf = openssl_init

[openssl_init]
engines         = engine_section

[engine_section]
ateccx08 = ateccx08_section

[ateccx08_section]
init = 1

Теперь приступим к созданию сертификатов. Для начала создадим свой центр сертификации (Certification Authority, CA):

Для этого сгенерируем ключевую пару:

openssl genrsa -out ca.key 2048

И сертификат нашего CA:

openssl req -x509 -new -days 3650 -key ca.key -out ca.crt -subj "/CN=MY CA"

CA является основой безопасности в данной схеме, поэтому эти операции выполняем на машине доступ к которой есть только у владельца CA.

Далее на конроллере WB создаем запрос на сертификат устройства:


Для Wiren Board 7:

openssl req -new -engine ateccx08 -keyform engine -key ATECCx08:00:02:C0:00 -subj "/CN=wirenboard-AP6V5MDG" -out device_AP6V5MDG.csr

Для Wiren Board 6:

openssl req -new -engine ateccx08 -keyform engine -key ATECCx08:00:04:C0:00 -subj "/CN=wirenboard-AP6V5MDG" -out device_AP6V5MDG.csr

В этой команде мы указываем, что запрос подписывается приватным ключом, находящимся в криптоустройстве ateccx08 ключом с идентификатором ATECCx08:00:02:C0:00 и публичным именем wirenboard-AP6V5MDG. Запрос помещаем в файл device_AP6V5MDG.csr.

Имя можно выбрать любое уникальное, удобно для этой цели спользовать идентификатор устройства, который по умолчанию прописывается в файле /etc/hostname:

cat /etc/hostname
wirenboard-AP6V5MDG

Далее этот запрос подписываем в нашем центре сертификации: openssl x509 -req -in device_AP6V5MDG.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -out device_AP6V5MDG.crt -days 365 -CAcreateserial

В этой команде мы уазываем файл запроса, и файлы CA необходимые для подписи. В итоге получаем сертификат устройства device_AP6V5MDG.crt. Файл device_AP6V5MDG.crt копируем на контроллер WB, он будет необходим для авторизацци.

Давайте посмотрим, что содержится в файлах сертификатов CA и устройства:

openssl x509 -text -noout -in device_AP6V5MDG.crt

Certificate:
    Data:
        Version: 1 (0x0)
        Serial Number:
            bf:85:29:be:19:67:f5:3e
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN = MY CA
        Validity
            Not Before: Feb  4 14:50:14 2019 GMT
            Not After : Feb  4 14:50:14 2020 GMT
        Subject: CN = wirenboard-AP6V5MDG
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: id-ecPublicKey
                Public-Key: (256 bit)
                pub:
                    04:66:80:f6:83:ea:4f:88:a5:05:df:8f:2c:62:f3:
                    ad:71:55:87:7f:ae:12:ae:b1:74:4b:68:68:fd:f7:
                    e0:8a:f4:44:87:45:ab:c1:07:3f:54:2a:a9:ea:c6:
                    71:1d:41:63:67:1b:75:f4:00:42:8d:fd:f6:d5:b6:
                    52:38:e8:5a:a9
                ASN1 OID: prime256v1
                NIST CURVE: P-256
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         be:d1:f8:04:fb:34:a9:84:ff:25:b6:04:04:c0:f1:1d:4a:a4:
         04:b8:54:6c:a8:46:61:5f:6c:e7:ab:16:8f:ae:45:46:02:99:
         c6:d3:90:42:91:20:c7:89:d5:cf:4e:23:3a:33:64:ab:1b:c9:
         78:18:82:f4:39:8b:97:ae:6c:ee:a4:13:0c:5a:54:6b:69:c8:
         1e:fa:24:3d:48:2c:ea:0e:5c:0d:c3:43:c2:49:ea:b2:f8:5e:
         d7:0b:b5:4e:67:87:53:84:76:23:aa:10:77:5d:f1:21:9e:b0:
         4b:16:99:7c:d4:d3:d6:e7:00:9c:bf:53:a1:4b:f4:2c:fc:0b:
         64:10:fb:77:fc:3d:b2:71:cf:be:0b:b1:a2:62:ed:8c:92:e4:
         78:73:dc:69:c4:61:10:22:66:11:11:8b:d4:3c:b6:4f:7f:2c:
         24:07:61:47:15:2a:56:7e:71:69:59:15:8b:53:c8:e2:b5:ed:
         34:a0:78:70:d4:f6:cf:0f:6d:df:45:00:3b:0a:39:a2:fb:e7:
         89:f3:d9:88:7f:6b:bd:fa:ca:5e:44:94:74:70:5e:86:0b:93:
         ca:16:71:42:67:eb:77:bd:15:e3:90:2f:68:fd:bc:61:25:a3:
         a6:e7:8b:b1:42:bc:c2:36:d4:17:67:b3:77:fb:bd:06:e9:35:
         3b:8e:08:48

Видим, что сертификат выписан Центром сертификации с именем "MY CA" на 1 год, начная с "Feb 4 14:50:14 2019 GMT" (для этого мы указывали -days 365 в команде подписи), устройству с именем wirenboard-AP6V5MDG, имеющим приватный ключ соответствующий публичному Subject Public Key Info. Сертификат подписан цифровой подписью.

Цифровая подпись гарантирует, что никакая часть сертификата не может быть незаметно изменена. В случае изменения проверка публичным ключом CA даст ошибку.

openssl x509 -text -noout -in ca.crt

Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
        Serial Number:
            d9:e0:91:e7:d0:27:02:db
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN = MY CA
        Validity
            Not Before: Feb  4 14:30:01 2019 GMT
            Not After : Feb  1 14:30:01 2029 GMT
        Subject: CN = MY CA
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
                    00:c8:5e:02:b8:55:e5:42:97:f7:c6:53:61:d3:df:
                    66:bf:05:dd:7a:0c:61:a4:68:36:23:3f:3b:c7:83:
                    ec:47:9b:5a:ed:78:8a:5b:f1:5f:88:3d:36:f2:3e:
                    7b:84:9e:1b:e5:87:bf:3b:00:33:36:1c:0b:3a:16:
                    2f:8d:be:0e:a4:9e:25:73:4d:93:8a:47:74:29:65:
                    0e:4e:ea:44:fd:c4:c0:bf:fa:bc:11:d5:93:43:e2:
                    65:18:bb:f7:e5:fc:16:8c:f9:11:97:76:2c:bb:cb:
                    c0:94:7e:78:12:20:c9:8a:68:29:c1:e8:af:7e:d7:
                    63:6e:a3:57:79:c9:b3:a8:8c:a3:2d:3e:15:1a:25:
                    ea:f1:50:fc:ea:93:8f:14:5f:34:61:07:a9:dc:24:
                    b8:11:de:9c:17:13:03:19:0d:0c:a3:e8:10:31:50:
                    82:5b:cb:0e:26:d5:b1:fe:df:c3:f6:f9:e4:0f:b1:
                    24:40:f2:8d:95:d5:ea:34:b3:27:a1:87:76:9d:f2:
                    65:74:d5:40:47:dd:a1:32:46:c3:37:ec:a5:b3:09:
                    30:73:99:d1:9c:bb:a8:05:61:2a:56:89:32:5e:c0:
                    5d:1d:b6:a6:b6:74:17:be:74:69:9c:b0:e3:bc:b4:
                    f9:96:6d:aa:60:ae:70:d1:ee:07:e5:2c:5d:0a:af:
                    ce:b3
                Exponent: 65537 (0x10001)
        X509v3 extensions:
            X509v3 Subject Key Identifier: 
                53:4B:6D:7A:1A:1F:F8:BE:3F:59:64:70:2B:31:2F:7A:7F:2A:6B:14
            X509v3 Authority Key Identifier: 
                keyid:53:4B:6D:7A:1A:1F:F8:BE:3F:59:64:70:2B:31:2F:7A:7F:2A:6B:14

            X509v3 Basic Constraints: critical
                CA:TRUE
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
         30:c2:f3:e0:96:51:7d:13:be:06:1d:40:06:70:b8:36:e9:46:
         81:64:0c:f0:e7:69:6f:31:2c:e1:86:df:f8:ad:b2:84:6e:90:
         4a:38:48:7d:ae:92:a5:71:40:c8:8e:0f:7e:67:e5:66:e7:70:
         4d:52:92:fa:a6:54:45:3b:a6:b9:b3:f4:35:ad:1c:6e:6e:15:
         06:81:ef:13:54:80:89:2e:7d:75:06:22:59:89:44:a9:ad:25:
         30:6c:02:e1:3b:2e:e2:bc:46:90:d1:a5:00:eb:87:57:60:a4:
         cf:e0:03:4a:b5:32:c4:dc:c7:e3:34:d4:c8:af:e3:ce:20:8c:
         c4:7f:f0:b8:72:d7:65:3b:38:be:2b:b1:d0:4e:9e:e2:52:32:
         41:fe:22:d2:7c:13:60:fe:4a:13:4b:c5:09:f0:00:89:32:22:
         47:4d:2c:a1:21:8e:b2:7d:0f:1a:10:f5:94:ee:fb:18:d3:15:
         f1:9e:70:89:73:c4:41:71:0e:92:22:9c:18:ef:0b:b1:7c:42:
         41:e7:9f:e7:82:d5:db:f3:60:d3:2f:2a:86:e4:0c:c0:4c:0c:
         17:12:ec:e4:37:96:dc:2d:01:00:22:ac:b5:33:6b:97:41:d7:
         37:e5:75:fa:c9:6b:00:2a:d8:87:0f:9e:f3:aa:c5:23:4e:60:
         02:a9:5b:eb

Видим, что сертификат подписан сам своим-же приватным ключом (Issuer: CN = MY CA, Subject: CN = MY CA) и выписан на 10 лет: начная с "Feb 4 14:30:01 2019 GMT" (для этого мы указывали -days 3650 в команде подписи)

Таким образом цепочка доверия (проверки) выстраивается следующим образом:

Сертификат устройства подписан сертификатом CA и может быть им проверен:

openssl verify -CAfile ca.crt device_AP6V5MDG.crt 
device_AP6V5MDG.crt: OK

Ну а сам сертификат подписан "собой":

openssl verify -CAfile ca.crt ca.crt
ca.crt: OK

Проверка сертификатов на сервере с помощью nginx .

Допустим в интернете есть сервер, который должен обрабатывать запросы только от устройств обладающих сертификатами, выписанными нашим CA. Для включения такой проверки в конфигурационном файле nginx необходимо в секции http или server прописать следующие строчки:

  ssl_client_certificate  ca.crt;
  ssl_verify_client       on;

Теперь nginx будет требовать от клиента сертификат, который должен проходить проверку с помощью ca.crt, иначе сервер вернет клиенту ошибку 400:

curl https://example.com
<html>
<head><title>400 No required SSL certificate was sent</title></head>
<body bgcolor="white">
<center><h1>400 Bad Request</h1></center>
<center>No required SSL certificate was sent</center>
<hr><center>nginx/1.14.0 (Ubuntu)</center>
</body>
</html>

Nginx в такой конфигурации удобно использовать на сервере перед реальным сервисом, которые не поддерживают проверку клиентских сертификатов. Для этого нужно настроить proxy_pass на сам сервис и, например, добавить в заголовки серийный номер контроллера через переменную $ssl_client_s_dn или весь клиентский сертификат целиком.

Добавление поддержки клиентских сертификатов к произвольным сервисам на контроллере

Часто программы на контролелере не поддерживают TLS совсем, либо не поддерживают указание клиентских сертификатов, либо не поддерживают работу с openssl engine. Можно отправить обращения от таких программ к серверу сквозь локальный прокси, который будет оборачивать трафик в TLS с использованием аппаратных ключей.

Вместе с рецептом из предыдущего пункта, это позволяет реализовать аутентификацию по аппаратному ключу практически для любого клиент-серверного ПО.

Теперь сделаем так, чтобы HTTP запросы с контроллера WB проходили данную проверку. Для простоты будем использовать nginx и на клиентской стороне. Это даст возможность работать с защищенными серверами клиентам не умеющим делать SSL соединения.

Для начала создадим на неиспользуемом локальном порту http сервер, который будет делать всю https "магию" за нас:

server {
    listen 8080;
    location / { 
        proxy_pass                 https://example.com;
        proxy_ssl_name             example.com;
        proxy_ssl_server_name      on; 
        proxy_ssl_certificate      device_AP6V5MDG.crt;
        proxy_ssl_certificate_key  engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00;
    }   
}

Добавим пользователя www-data в группу i2c для доступа к криптоустройству:

usermod -G www-data

Выполним команду service nginx restart для обновления конфигурации.

Теперь при обращении по http на локальный порт 8080 зашифрованные запросы с аутентификационной информацией будут отправлятся на сервер example.com.

curl localhost:8080/
<html>
<body>
EXAMPLE.COM
</body>
</html>

Настройка openvpn

Для начала установим пакет:

apt install openvpn

Cоздадим файл req.cnf - он нам потребуется для создания сертификата сервера.

[ v3_req ]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
extendedKeyUsage = serverAuth, clientAuth

Серверу openvpn также требуется файл с параметрами DH, сделаем его.

openssl dhparam -out dh2048.pem 2048

Создание данного файла может потребовать несколько минут.

Далее сделаем приватный ключ нашего сервера и запрос на сертификат. Предполагаем, для примера, что сервер имеет имя example.com:

 
openssl genrsa -out example.key 2048

openssl req -new -key example.key -subj "/CN=example.com" -out example.csr

Подписываем запрос в нашем центре сертификации:

openssl x509 -req -in example.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -out example.crt -days 365 -CAcreateserial -extfile req.cnf -extensions v3_req

Теперь приступим к настройке openvpn сервера на машине example.com.

Копируем файлы ca.crt, example.crt, example.key и dh2048.pem и редактируем файл конфигурации openvpn сервера. По умолчанию конфигурационный файл лежит в файле /etc/openvpn/server.conf

port 1194
proto tcp 
dev tun 
ca          /etc/openvpn/server/ca.crt
cert        /etc/openvpn/server/example.crt
key         /etc/openvpn/server/example.key
dh          /etc/openvpn/server/dh2048.pem
topology subnet
server 10.8.0.0 255.255.255.0
keepalive 10 60
key-direction 0
cipher AES-128-CBC
auth SHA256
comp-lzo
user nobody
group nogroup
persist-key
persist-tun
status /var/run/openvpn/openvpn-status.log
management 127.0.0.1 7500
log-append  /var/log/openvpn.log

Добавим пользователя openvpn в группу i2c для доступа к криптоустройству:

usermod -G www-data

после этого запускаем сервер командой service openvpn start.

Далее на контроллере создаем файл конфигурации клиента: client.ovpn:

-------------------------------------------------------------------------
client
dev tun
proto tcp
remote example.com 1194
resolv-retry infinite
nobind
user openvpn
'''group i2c'''
persist-key
persist-tun
cipher AES-128-CBC
auth SHA256
key-direction 1
keepalive 1 10
remote-cert-tls server
comp-lzo
-------------------------------------------------------------------------

Обратите внимание на строчку group i2c. Она необходима для работы с криптоустройством.

После этого запускаем клиента:

openvpn --config example.ovpn --ca ca.crt --cert device_AP6V5MDG.crt --key engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00

Если все хорошо, то в системе должен появиться интерфейс tun0 с адресом из подсети 10.8.0.0/24:

tun0: flags=4305<UP,POINTOPOINT,RUNNING,NOARP,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.8.0.2  netmask 255.255.255.0  destination 10.8.0.2
        inet6 fe80::53b0:83f3:b1f5:b817  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuelen 100  (UNSPEC)
        RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 6  bytes 288 (288.0 B)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

Для проверки работоспособности запускаем ping:

ping 10.8.0.1
PING 10.8.0.1 (10.8.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 10.8.0.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=2.23 ms
64 bytes from 10.8.0.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=2.83 ms

Настройка mosquitto

UPD:

1) openssl.cnf

2) mosquitto=1.4.15-1+wb7-4

3) libateccssl1.1=0.2.1

4) ca-certificates-contactless

5) usermod -a -G i2c mosquitto

root@wirenboard-APIJVTIG:~# cat /etc/mosquitto/conf.d/bridge-hw.conf 
connection wb_devices_cloud.wirenboard-APIJVTIG
address contactless.ru:8884

bridge_cafile   /etc/ssl/certs/WirenBoard_Root_CA.pem
bridge_certfile /etc/ssl/device/device_bundle.crt.pem
bridge_keyfile  engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00
bridge_capath /etc/ssl/certs/
bridge_insecure true

notifications true
notification_topic /client/wirenboard-APIJVTIG/bridge_status

topic /devices/#  both 2 "" /client/wirenboard-APIJVTIG
topic /config/#  both 2 "" /client/wirenboard-APIJVTIG
topic /rpc/#  both 2 "" /client/wirenboard-APIJVTIG
root@wirenboard-APIJVTIG:~# cat fix.sh 
#!/bin/bash -x 
CERT_IN=/etc/ssl/certs/device_bundle.crt.pem
CERT_OUT=/etc/ssl/device/device_bundle.crt.pem
CERT_BKP=/etc/ssl/device/_device_bundle.crt.pem

prn() {
    cat $CERT_IN|grep "$1" -n|sed -n "$2p"|cut -d':' -f1
}

fix() {
    B1=$(prn "BEGIN CERTIFICATE" 1)
    B2=$(prn "BEGIN CERTIFICATE" 2)
    E1=$(prn "END CERTIFICATE" 1)
    E2=$(prn "END CERTIFICATE" 2)

    if [[ "$E1" -le "$B1" || "$E2" -le "$B2" || "$E1" -ge "$B2" ]]; then
        echo "ERROR in device cert bundle."
        exit 1
    fi

    cat $CERT_IN|sed -n "${B2},${E2}p"
    cat $CERT_IN|sed -n "${B1},${E1}p"
}

mkdir -p /etc/ssl/device

if [ -f "$CERT_IN" ]; then
    echo "backup device bundle certificate..."
    cp "$CERT_IN" "$CERT_BKP"
fi

if [ ! -f "$CERT_OUT" ]; then
    if [ ! -f "$CERT_IN" ]; then
        echo "ERROR: no such file: $CERT_IN"
        exit 1
    fi
    fix > "$CERT_OUT"
    echo "Device bundle certificate fix done."
    rm -f "${CERT_IN}"
else
    echo "Device cert $CERT_OUT already fixed."
fi


Генерируем приватный ключ и запрос на сертификат:

openssl genrsa -out example.key 2048
openssl req -new -key example.key -subj "/CN=example.com" -out example.csr

Создаем сертификат сервера в CA.

openssl x509 -req -in example.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -out example.crt -days 365 -CAcreateserial -extfile req.cnf -extensions v3_req

Копируем файлы ca.crt, mosquitto.crt, mosquitto.key на сервер и редактируем файл конфигурации /etc/mosquitto/conf.d/server.conf

cafile                      /etc/mosquitto/ssl/ca.crt
certfile                    /etc/mosquitto/ssl/mosquitto.crt
keyfile                     /etc/mosquitto/ssl/mosquitto.key
require_certificate         true
use_identity_as_username    true

Запускаем серис:

service mosquitto start

Также, если требуется, можно сделать чтобы локальный mosquitto сервер на контроллере форвардил некоторые топики на удаленный сервер. Для этого создаем файл бриджа: /etc/mosquitto/bridge.conf

connection main
topic test/# out
address example.com:1883

bridge_cafile       /etc/mosquitto/certs/ca.crt
bridge_certfile     /etc/mosquitto/certs/device_AP6V5MDG.crt
bridge_keyfile      engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00

После перезапуска локального сервиса mosquitto топики /test/.. будут отправлятся на удаленный сервер example.com по защищенному ssl каналу.

Примеры клиентских команд mosquitto. Отправка сообщения "message" в топик "test" на сервере example.com

mosquitto_pub -h example.com --cert device_AP6V5MDG.crt --key 'engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00' --cafile ca.crt -t "test" -m "message" 

Получение сообщений из топика "test" на сервере example.com

mosquitto_sub -h example.com --cert device_AP6V5MDG.crt --key 'engine:ateccx08:ATECCx08:00:04:C0:00' -t "test" --cafile ca.crt