本文由云 + 社区发表作者：mariolu
一、什么是 PSS 模式？
1.1、两种签名方式之一 RSA-PSS
PSS (Probabilistic Signature Scheme) 私钥签名流程的一种填充模式。目前主流的 RSA 签名包括 RSA-PSS 和 RSA-PKCS#1 v1.5。相对应 PKCS（Public Key Cryptography Standards）是一种能够自我从签名，而 PSS 无法从签名中恢恢复原来的签名。openssl-1.1.x 以后默认使用更安全的 PSS 的 RSA 签名模式。
1.2、填充的必要性
RSA 算法比较慢，一般用于非对称加密的 private key 签名和 public key 验证。因 RSA 算法沒有加入乱数，当出现重复性的原始资料，攻击者会通过相同加密密文而猜测出原文，因此导入 padding 的机制來加強安全性。
TLS 流程中的密钥材料若不进行填充而直接加密，那么显然相同的 key，会得到相同的密文。这种在语义上来说，是不安全的。以下例子说明了无填充模式的安全漏洞。
m：明文
e，n：RSA 参数（公钥）
d：RSA 参数（私钥）
c：网络传输密文
加密方加密 m：c = m^e mod n，传输 c
解密方解密 c：m = c^d mod n，还原 m
c’：篡改密文
k：篡改码
由于 c 在网络上传输，如果网络上有人对其进行 c ’ = c*k^e mod n，这样的替换
那么解密方将得到的结果是
(c*k^e)^d mod n
=（c^d mod n）*（k^ed mod n）
= m*k
即中间人有办法控制 m。
1.3、PSS 的基本要素
使用 PSS 模式的 RSA 签名流程如下：
图 1、RSA-PSS 的填充模式
相比较 PKCS#1 v1.5 的 padding 简单许多：
图 2、RSA-PKCS#v1.5 的填充模式
PSS 的一些概念：
hash 算法，一般使用 SHA-1
MGF 函数（mask generation function)。默认是 MGF1。
salt length，一般由 hLen 决定。当为 0 时，签名值变成了唯一确定的。
截断符号，一般是 0xbc
二、RSA 签名实际操作
这节例子中所涉及到的文件说明：
/tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key：私钥
/tmp/pub: 公钥
/tmp/data: 明文
/tmp/endata: 密文
/tmp/sign: 签名
/tmp/de_sign: 解签名
2.1、前期准备：公钥和私钥
通过 key 文件提取出 public key
openssl rsa -in /usr/local/services/ssl_agent/ca/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key -pubout -out /tmp/pub
原始数据：
echo -n “1234567890” > /tmp/data
这样就有一对公钥和私钥，用来测试 RSA 加密解密（encrypt、decrypt）和签名验证（sign，verify）
RSA 加密的两种算法分别是 RSAES-PKCS-v1_5 and RSAES-OAEP。
2.2、加密和解密（encrypt，decrypt）
加密：
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/data -in /tmp/data -encrypt -out /tmp/endata
解密，用 private key 解密，得到原本的值：
openssl rsautl -inkey /tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key -in /tmp/en_data -decrypt
2.3、签名和验证（sign, verify）
签名过程包括 hash 和加密。hash 函数一般使用 sha1。这样输入明文，直接生成 sign 签名。
如果是私钥签名所做的事就是先 hash 再加密，选择一种 hash 算法把原始消息计算后成 ASN1 格式，再把这个资料用 private key 加密后送出，资料本身不加密，这种方式主要是用來验证资料来源是否可信任的，送出時把原始资料和签名一起送出。
签名：
openssl sha1 -sign /tmp/wildcard_domain.sports.qq.com.v2.key /tmp/data > /tmp/data/sign/tmp/data/sign
解开签名：
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in sign -verify -out /tmp/de_sign
用 public key 解开签名，并且保留 padding
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in /tmp/sign -encrypt -raw -hexdump
使用解开 ASN1 解开签名，或者签名后用 ASN1 工具解析
openssl rsautl -pubin -inkey /tmp/pub -in /tmp/sign -verify -asn1parse
或者：
openssl asn1parse -inform der -in /tmp/de_sign
和本地 sha1 对比
openssl sha1 /tmp/data
如果两者 hash 结果是一样，那么确定签名送过来是正确的。
2.4、openssl rsautl 工具支持的填充模式
openssl rsautl –help，可以看到支持的 padding 模式有，在 rsautl 加上以下选项可以重复做 2.2~2.3 的实验。
-ssl Use SSL v2 padding
-raw Use no padding
-pkcs Use PKCS#1 v1.5 padding (default)
-oaep Use PKCS#1 OAEP
三、PSS 填充模式的特点
PSS 是 RSA 的填充模式中的一种。
完整的 RSA 的填充模式包括：
RSA_SSLV23_PADDING（SSLv23 填充）
RSA_NO_PADDING（不填充）
RSA_PKCS1_OAEP_PADDING（RSAES-OAEP 填充，强制使用 SHA1，加密使用）
RSA_X931_PADDING（X9.31 填充，签名使用）
RSA_PKCS1_PSS_PADDING（RSASSA-PSS 填充，签名使用）
RSA_PKCS1_PADDING（RSAES-PKCS1-v1_5/RSASSA-PKCS1-v1_5 填充，签名可使用）
其中主流的填充模式是 PKCS1 和 PSS 模式。
PSS 的优缺点如下：
PKCS#1 v1.5 比较简易实现，但是缺少 security proof。
PSS 更安全，所以新版的 openssl-1.1.x 优先使用 PSS 进行私钥签名（具体在 ssl 握手的 server key exchange 阶段）
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