4. Cosign 基础操作：签名、验证与存储解析

Cosign 是 Sigstore 项目原生的容器镜像签名工具，支持对 OCI 制品进行密钥对签名、密钥less 签名（Keyless Signing）以及验证。本章将围绕 Cosign 的核心操作展开，涵盖签名生成、验证流程、签名信息查看以及签名格式与存储位置的底层原理。

4.1 使用 Cosign 对容器镜像签名

Cosign 支持两种签名模式：密钥对签名（使用本地生成的私钥/公钥）和 Keyless 签名（基于 OIDC 身份与 Fulcio 证书）。以下分别演示两种方式。

4.1.1 密钥对签名

1. 生成密钥对：
   

   cosign generate-key-pair

   执行后会在当前目录生成 cosign.key（私钥）和 cosign.pub（公钥）。私钥需设置密码保护。
2. 对镜像签名：
   

   cosign sign --key cosign.key registry.example.com/app:v1

   输入私钥密码后，Cosign 会计算镜像摘要，生成签名负载并将其推送到镜像仓库。

4.1.2 Keyless 签名（无密钥模式）

1. 直接执行签名命令：
   

   cosign sign registry.example.com/app:v1

   系统会自动打开浏览器进行 OIDC 身份认证（支持 GitHub、Google、Microsoft 等）。
2. 认证完成后，Cosign 会向 Fulcio 申请短期证书，并用该证书对镜像签名，同时将签名记录上传至 Rekor 透明日志。

4.2 验证签名

验证签名是确保镜像来源可信的关键步骤。Cosign 提供 verify 命令，支持基于公钥或 Keyless 方式的验证。

4.2.1 基于公钥验证

cosign verify --key cosign.pub registry.example.com/app:v1

输出示例：

Verification for registry.example.com/app:v1 --
The following checks were performed on each of these signatures:
  - The cosign claims were validated
  - The signatures were verified using the specified public key
  - Any certificates were verified against the Fulcio roots.
[{"critical":{"identity":{"docker-reference":"registry.example.com/app:v1"},"image":{"docker-manifest-digest":"sha256:abc123..."},"type":"cosign container image signature"},"optional":null}]

4.2.2 Keyless 验证

cosign verify registry.example.com/app:v1

Cosign 会自动从 Rekor 日志中检索签名证书，并验证证书链是否由 Fulcio 签发，同时检查镜像摘要是否匹配。

4.3 查看签名信息

使用 cosign verify 输出的 JSON 格式签名信息包含以下关键字段：

若要查看更底层的签名原始数据，可使用 cosign verify-attestation 或直接通过 OCI 仓库 API 拉取签名层。

4.4 签名格式与存储位置

Cosign 将签名作为 OCI 制品存储在镜像仓库中，遵循 cosign 签名规范。签名并不直接修改原始镜像层，而是以独立的标签或引用形式存在。

4.4.1 签名存储结构

当对 registry.example.com/app:v1 签名后，仓库中会新增以下内容：

• 签名标签： registry.example.com/app:sha256-<digest>.sig — 存储签名负载（Base64 编码的签名值）。
• 证书标签（Keyless 模式）： registry.example.com/app:sha256-<digest>.cert — 存储 Fulcio 签发的短期证书。
• 可选的附加信息： 如 .att 标签用于存储 SBOM 或 attestation 断言。

4.4.2 签名格式解析

签名负载本身是一个 JSON 结构，包含以下核心部分：

{
  "payloadType": "application/vnd.dev.cosign.simplesigning.v1+json",
  "payload": "eyJjcml0aWNhbCI6eyJpZGVudGl0eSI6eyJkb2NrZXItcmVmZXJlbmNlIjoicmVnaXN0cnkuZXhhbXBsZS5jb20vYXBwOnYxIn0sImltYWdlIjp7ImRvY2tlci1tYW5pZmVzdC1kaWdlc3QiOiJzaGEyNTY6YWJjMTIzLi4uIn0sInR5cGUiOiJjb3NpZ24gY29udGFpbmVyIGltYWdlIHNpZ25hdHVyZSJ9LCJvcHRpb25hbCI6bnVsbH0=",
  "signatures": [
    {
      "keyid": "",
      "sig": "MEUCIQ..."
    }
  ]
}

• payloadType：固定为 application/vnd.dev.cosign.simplesigning.v1+json。
• payload：Base64 编码的 简单签名负载（Simple Signing Payload），包含镜像引用和摘要。
• signatures：签名值数组，每个元素包含 keyid 和 sig（Base64 编码的签名结果）。

4.4.3 存储位置示意图

下图展示了 Cosign 签名在 OCI 仓库中的存储布局：

4.5 操作流程总结

以下表格对比了密钥对签名与 Keyless 签名的核心差异：