椭圆曲线加密算法 ECDSA 在 PHP 中的初次尝试应用

前几日，应某数字货币交易网站(火币网)社区用户请求，帮忙升级对应的 php sdk 以适应该平台最新升级的加密验签机制(因为第一个 php api sdk 也是我提供的，俗话说填坑填到底，送佛送到西。。。)，就简单研究了下基于 php 的椭圆加密曲线使用。

刚开始还疑惑了下，之前的密钥验证已经足够安全，为何要引入椭圆签名，再一想就立即明白了，普通的密钥效验属于对称加密效验，一旦官方服务器被攻克，所有安全效验都化为乌有，而椭圆曲线的非对称效验机制能保证在合理的架构下，黑客还需要拿到用户的私钥才能进行攻击，大大提升了安全性。近年来的非对称效验 api 也有大幅上升趋势，诸多平台已经开始修改引入非对称加密。

在我看来，非对称加密有以下几种特性

通过私钥可以计算出公钥，但通过公钥很难计算出私钥
公钥加密，私钥解密。主要适应场景：不安全网络下的数据交换行为，例如 HTTPS 浏览，金融系统
私钥加密，公钥解密。主要适应场景：身份认证，代表你是该私钥的所有人从而鉴定你的身份，目前大部分数字货币的核心也是基于这个原理。而该 sdk 中火币所使用的验证方法也是该原理。

作为一只数字货币爱好狗，对加解密已经有一定了解，不过对非对称的原理还远不到手撸类库的地步(RSA 算法研究了一半, 还没研究完全)，所以自然使用了第三方类库来实现椭圆曲线效验。综合考虑之后，选择了 github 上的 phpecc 作为加密类库，考虑到兼容问题，使用了 0.4 版本(新版要求 PHP7+)。

git clone git@github.com:phpecc/phpecc.git
cd phpecc
git reset --hard origin/0.4
composer install
// 或者直接引入
composer require mdanter/ecc:0.4.5

项目中直接加载 vendor，然后调用脚本引入 phpecc 命名空间

use Mdanter\Ecc\EccFactory;
use Mdanter\Ecc\Crypto\Signature\Signer;
use Mdanter\Ecc\Serializer\PrivateKey\PemPrivateKeySerializer;
use Mdanter\Ecc\Serializer\PrivateKey\DerPrivateKeySerializer;
use Mdanter\Ecc\Serializer\Signature\DerSignatureSerializer;
use Mdanter\Ecc\Serializer\PublicKey\DerPublicKeySerializer;
use Mdanter\Ecc\Serializer\PublicKey\PemPublicKeySerializer;

初始化验签类

$adapter = EccFactory::getAdapter();
$generator = EccFactory::getNistCurves()->generator384();
$useDerandomizedSignatures = true;

签名生成过程第一步要先生成消息摘要，ecdsa 使用 sha256 来生成

$algorithm = 'sha256';
$pemSerializer = new PemPrivateKeySerializer(new DerPrivateKeySerializer($adapter));
$key = $pemSerializer->parse(PRIVATE_KEY);
$signer = new Signer($adapter);
$hash = $signer->hashData($generator, $algorithm, $sig);

下一步，随机生成一个随机大数 randomk，然后将上一步的消息摘要(也就是 hash)，私钥和随机数一起进行签名，签名过程是通过私钥和随机数计算出另 2 个大数 r 和 s 即可作为签名，第三方可用公钥对 r 进行验证计算 s，若 s 与签名的 s 一致则验证通过。

$random = \Mdanter\Ecc\Random\RandomGeneratorFactory::getHmacRandomGenerator($key, $hash, $algorithm);
$randomK = $random->generate($generator->getOrder());
$signature = $signer->sign($key, $hash, $randomK);
$serializer = new DerSignatureSerializer();
$serializedSig = $serializer->serialize($signature);
return base64_encode($serializedSig);

注意 randomk 不是必须的，但是加入随机数会使安全性大幅提升。签名完成后生成的签名一般是二进制流，可依据实际要求返回 base64、hex 或其他形式。至此，非对称校验就全部完成了，实际操作起来非常简单。不过内部计算量却并不小，经反馈大部分语言都需要 10-几十毫秒的时间进行签名，要知道量化交易拼的就是那么几毫秒甚至 0.x 毫秒，所以引入非对称之后很多人都表示需要升级配置来适应系统了。网友对该升级的意见：