4. 使用RSA私钥对固件哈希签名

任务目标

使用RSA私钥对固件镜像的SHA-256哈希值进行数字签名，生成二进制签名文件，并验证签名长度符合RSA密钥模长（本例为2048位，签名长度应为256字节）。

环境与依赖

• 操作系统：Linux/macOS/Windows（均适用）
• 工具：OpenSSL命令行（版本1.1.1或以上）
• 输入文件：firmware.bin（任意内容的固件镜像，本例使用随机数据生成）

实现步骤与代码

以下命令完成从密钥生成到签名验证的完整闭环。核心操作为：生成RSA私钥 → 计算固件SHA-256哈希 → 使用私钥对哈希签名 → 输出签名文件并检查长度。

#!/bin/bash
# 1. 生成测试用固件（模拟真实固件镜像）
dd if=/dev/urandom of=firmware.bin bs=1024 count=4 status=none

# 2. 生成RSA-2048私钥（PKCS#1格式）
openssl genpkey -algorithm RSA -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048 \
    -out private_key.pem

# 3. 从私钥提取公钥（后续验证用）
openssl pkey -in private_key.pem -pubout -out public_key.pem

# 4. 计算固件SHA-256哈希
openssl dgst -sha256 -binary firmware.bin > firmware.sha256

# 5. 使用RSA私钥对哈希签名（输出二进制签名）
openssl pkeyutl -sign -inkey private_key.pem \
    -in firmware.sha256 -out firmware.sig

# 6. 验证签名长度（应为256字节 = 2048位/8）
SIG_SIZE=$(stat -c%s firmware.sig 2>/dev/null || stat -f%z firmware.sig)
echo "签名文件大小: ${SIG_SIZE} 字节"

# 7. 使用公钥验证签名（确认签名有效）
openssl pkeyutl -verify -pubin -inkey public_key.pem \
    -in firmware.sha256 -sigfile firmware.sig \
    && echo "签名验证通过"

运行方式

1. 将上述脚本保存为 sign_firmware.sh；
2. 赋予执行权限并运行：chmod +x sign_firmware.sh && ./sign_firmware.sh；
3. Windows用户可在Git Bash或WSL中执行相同命令。

验证方法与判定标准

• 签名长度验证：脚本输出“签名文件大小: 256 字节”即通过。RSA-2048签名长度恒等于模长（256字节），与固件内容无关。
• 签名有效性验证：脚本输出“签名验证通过”即表示签名与固件哈希匹配。若验证失败，说明签名过程或密钥使用有误。
• 完整性检查：可手动执行 xxd firmware.sig | head 查看签名文件为二进制非文本内容，且长度固定为256字节。

常见问题

• 签名长度不是256字节：检查私钥是否为RSA-2048（openssl rsa -in private_key.pem -text -noout | head 可查看模长）。
• 验证失败：确认签名时使用的哈希文件与验证时一致；若固件在签名后被修改，验证必然失败。
• 跨平台兼容：stat命令在Linux/macOS参数不同，脚本已做兼容处理；若仍报错，可手动用 ls -l firmware.sig 查看大小。