3. 密钥管理基础：非对称加密原理、公钥/私钥对生成与存储安全策略
在 Cosign 驱动的镜像供应链信任体系中，密钥管理是信任边界的基石。Cosign 使用非对称加密对镜像进行签名和验证，私钥用于签名，公钥用于验证。本章将深入讲解非对称加密原理、密钥对生成、存储安全策略以及环境变量与文件系统的实践。
3.1 非对称加密原理与 Cosign 签名流程
非对称加密使用一对密钥：私钥（Private Key）和公钥（Public Key）。私钥必须严格保密，公钥可以公开分发。Cosign 的签名流程如下：
- 签名者使用自己的私钥对镜像摘要（Digest）进行签名，生成签名文件。
- 验证者获取签名者的公钥，对签名进行解密，并与镜像摘要比对。
- 若解密后的摘要与镜像摘要一致，则证明镜像未被篡改且确实由私钥持有者签名。
核心概念：Cosign 不直接签名镜像层数据，而是签名镜像的 SHA256 摘要，确保签名体积小且验证高效。
3.2 使用 Cosign 生成密钥对
Cosign 提供 cosign generate-key-pair 命令一键生成密钥对。生成的密钥文件默认保存在当前目录：
- 私钥文件：
cosign.key（加密存储，需密码保护） - 公钥文件：
cosign.pub（明文存储，可公开）
# 生成密钥对（交互式输入密码）
cosign generate-key-pair
# 输出示例：
Enter password for private key:
Enter password for private key again:
Private key written to cosign.key
Public key written to cosign.pub
最佳实践：生成密钥对时，密码强度至少 16 位，包含大小写字母、数字和特殊字符。Cosign 使用 RSA 或 ECDSA 算法，默认使用 ECDSA P-256。
3.3 密钥存储安全策略
私钥是信任链的核心资产，必须采用分层安全策略。以下表格对比了不同存储方式的安全等级与适用场景：
| 存储方式 | 安全等级 | 适用场景 | 风险点 |
|---|---|---|---|
| 本地文件系统 | 低 | 开发测试环境 | 文件泄露、未加密存储 |
| 环境变量 | 中 | CI/CD 临时使用 | 日志泄露、进程内存转储 |
| 密钥管理服务（KMS） | 高 | 生产环境、合规要求 | 网络依赖、成本较高 |
| 硬件安全模块（HSM） | 极高 | 金融、政府等高安全场景 | 部署复杂、成本高 |
安全警告：切勿将私钥文件提交到 Git 仓库、存储在公开的云存储桶或未加密的共享目录中。私钥泄露意味着信任链完全失效。
3.4 环境变量与文件系统实践
Cosign 支持通过环境变量传递私钥密码，避免交互式输入，适合自动化流水线。常用环境变量包括：
COSIGN_PASSWORD：私钥解密密码COSIGN_KEY：私钥文件路径（默认cosign.key）COSIGN_PUBLIC_KEY：公钥文件路径（默认cosign.pub）
# 使用环境变量签名镜像
export COSIGN_PASSWORD="your-strong-password"
cosign sign --key cosign.key your-registry/your-image:tag
# 使用环境变量验证镜像
cosign verify --key cosign.pub your-registry/your-image:tag
文件系统安全建议：
- 私钥文件权限设置为
600（仅所有者可读写） - 公钥文件权限设置为
644（所有者读写，其他人只读） - 使用
chmod 600 cosign.key和chmod 644 cosign.pub设置权限 - 在 CI/CD 中，私钥密码通过 Secret 变量注入，避免明文写入配置文件
3.5 密钥轮转与吊销
密钥应定期轮转，以降低长期泄露风险。Cosign 支持以下密钥管理操作：
| 操作 | 命令/方法 | 说明 |
|---|---|---|
| 生成新密钥对 | cosign generate-key-pair |
生成新密钥，旧密钥需手动废弃 |
| 公钥分发 | 上传至公开密钥服务器或嵌入 CI/CD 配置 | 确保验证者获取最新公钥 |
| 密钥吊销 | 通过 Rekor 透明日志记录吊销声明 | 吊销后旧签名仍可验证，但信任度降低 |
轮转建议：生产环境密钥每 90 天轮转一次；开发环境每 180 天轮转一次。轮转后，旧公钥应保留一段时间以验证历史签名。