ECDSA签名算法¶

功能概述¶

ECDSA是一种基于椭圆曲线的数字签名算法，用于验证数据来源是否可信、内容是否被篡改。当前系统基于Mbed TLS/PSA Crypto提供ECDSA能力，可支持签名生成、签名合法性校验，以及与ECC密钥、SHA摘要算法配合完成安全认证流程。

在实际使用中，ECDSA通常不作为独立业务功能提供，而是作为TLS、证书校验、设备认证、eSIM认证等安全链路中的底层密码能力使用。

常见应用场景¶

TLS安全连接认证：在HTTPS、MQTT over TLS、WebSocket over TLS等安全通信场景中，ECDSA可用于服务器证书或客户端证书的身份认证。设备在建立TLS连接时，会校验证书链中的ECDSA签名，确认通信对端证书是否可信，从而防止连接到伪造服务器或非法设备。
X.509证书链校验：ECDSA可用于验证X.509证书中的签名是否合法。例如CA证书对下级证书的签名、业务证书公钥算法的匹配性检查、证书链完整性验证等环节，都可能涉及ECDSA校验。若证书使用的公钥算法、曲线或签名格式不符合要求，系统会判定为证书校验异常。
eSIM远程认证流程：在eSIM相关业务中，ECDSA可用于校验远程服务端或认证实体的证书与签名，例如CERT.DPAuth.ECDSA相关认证流程。通过ECDSA校验，可以确认SM-DP+等远程实体的身份可信，保障profile下载、安装、认证过程的安全性。
数据完整性和来源校验：对于固件包、配置文件、授权数据、业务令牌等关键数据，也可以使用ECDSA进行签名校验。设备侧通过公钥验证签名，确认数据未被篡改且来源可信，适用于安全升级、授权校验、关键配置下发等场景。

常见问题¶

使用ECDSA时，需要确保签名格式、公钥、曲线参数和摘要算法与签名生成端保持一致。常见问题包括签名格式RAW/DER不匹配、公钥或证书算法不支持、曲线参数不符合系统配置、原始数据或摘要被修改等。
ECDSA验签依赖正确的证书链和可信根证书配置。
在多线程场景下，不建议多个线程同时复用同一个ECDSA上下文。
实际业务中建议优先使用系统已配置支持的曲线和摘要算法，避免引入未验证的自定义曲线或非标准签名格式。

ECDSA签名流程¶

ECDSA的典型流程分为密钥准备、签名生成、签名验证三个阶段。

密钥准备流程¶

首先选择一条椭圆曲线，如 secp256r1、secp384r1。

然后生成一对ECC密钥：

私钥：由签名方保存，用来生成签名，不得泄露。
公钥：分发给验证方，用于校验签名是否合法。

即：私钥负责签名，公钥负责验签。

签名生成流程¶

签名方获取原始数据后，通常不直接对完整数据签名，而是先计算摘要。

流程如下：

对原始数据计算Hash，如SHA-256、SHA-384。
使用ECC私钥对Hash结果进行ECDSA签名。
输出签名结果，通常包含两个值：r、s。
根据协议要求，将签名编码成RAW或DER格式。
将原始数据或摘要、签名值、证书或公钥一起发送给验证方。

签名验证流程¶

验证方收到数据和签名后，会使用签名方的公钥进行校验。

流程如下：

获取原始数据、签名值和签名方公钥。
对原始数据使用相同Hash算法计算摘要。
检查签名格式是否合法，包括RAW/DER编码、长度以及r、s值是否有效。
检查公钥和曲线参数是否符合要求。
使用ECDSA验签算法校验签名是否匹配。
验签通过，表明数据未被篡改且来源可信；验签失败，表明数据、签名、公钥或算法参数不匹配。

ECDSA签名算法API¶

头文件¶

psa/crypto.h

函数概览¶

函数	说明
`psa_crypto_init()`	初始化PSA Crypto组件
`psa_set_key_type()`	设置密钥类型及椭圆曲线族
`psa_set_key_bits()`	设置密钥位数
`psa_set_key_usage_flags()`	设置密钥允许的用途
`psa_set_key_algorithm()`	设置密钥允许使用的算法
`psa_generate_key()`	生成ECDSA密钥对
`psa_import_key()`	导入已有私钥或公钥
`psa_export_public_key()`	导出密钥对中的公钥
`psa_hash_compute()`	计算消息哈希
`psa_sign_message()`	对原始消息进行签名
`psa_verify_message()`	验证原始消息签名
`psa_sign_hash()`	对已计算的哈希值签名
`psa_verify_hash()`	验证哈希值签名
`psa_destroy_key()`	销毁密钥
`psa_reset_key_attributes()`	重置密钥属性结构体

函数详解¶

psa_crypto_init()¶

功能描述
初始化PSA Crypto模块。调用其他PSA Crypto接口前，必须先调用本函数。
函数原型

psa_status_t psa_crypto_init(void);

参数说明
无
返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_set_key_type()¶

功能描述
设置密钥属性中的密钥类型。
函数原型

void psa_set_key_type(psa_key_attributes_t *attributes,
                      psa_key_type_t type);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入/输出	psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
type	输入	psa_key_type_t	密钥类型；ECDSA常用 PSA_KEY_TYPE_ECC_KEY_PAIR() 或 PSA_KEY_TYPE_ECC_PUBLIC_KEY()；详见 psa_key_type_t

返回值说明
无

psa_set_key_bits()¶

功能描述
设置密钥属性中的密钥位宽。
函数原型

void psa_set_key_bits(psa_key_attributes_t *attributes,
                      size_t bits);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入/输出	psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
bits	输入	size_t	密钥位宽；常用取值：256、384、521；单位：位

返回值说明
无

psa_set_key_usage_flags()¶

功能描述
设置密钥允许执行的用途。
函数原型

void psa_set_key_usage_flags(psa_key_attributes_t *attributes,
                             psa_key_usage_t usage_flags);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入/输出	psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
usage_flags	输入	psa_key_usage_t	密钥用途；常用 PSA_KEY_USAGE_SIGN_HASH、PSA_KEY_USAGE_VERIFY_HASH；详见 psa_key_usage_t

返回值说明
无

psa_set_key_algorithm()¶

功能描述
设置密钥允许使用的算法。
函数原型

void psa_set_key_algorithm(psa_key_attributes_t *attributes,
                           psa_algorithm_t alg);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入/输出	psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
alg	输入	psa_algorithm_t	密钥允许使用的算法；常用 PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256)；详见 psa_algorithm_t

返回值说明
无

psa_generate_key()¶

功能描述
根据密钥属性生成密钥。
函数原型

psa_status_t psa_generate_key(const psa_key_attributes_t *attributes,
                              mbedtls_svc_key_id_t *key);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入	const psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
key	输出	mbedtls_svc_key_id_t *	生成后的密钥标识

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_import_key()¶

功能描述
根据密钥属性导入外部密钥。
函数原型

psa_status_t psa_import_key(const psa_key_attributes_t *attributes,
                            const uint8_t *data,
                            size_t data_length,
                            mbedtls_svc_key_id_t *key);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输入	const psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t
data	输入	const uint8_t *	待导入的密钥数据
data_length	输入	size_t	密钥数据长度；单位：字节
key	输出	mbedtls_svc_key_id_t *	导入后的密钥标识

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_hash_compute()¶

功能描述
计算输入数据的Hash摘要。
函数原型

psa_status_t psa_hash_compute(psa_algorithm_t alg,
                              const uint8_t *input,
                              size_t input_length,
                              uint8_t *hash,
                              size_t hash_size,
                              size_t *hash_length);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
alg	输入	psa_algorithm_t	Hash算法；常用 PSA_ALG_SHA_256；详见 psa_algorithm_t
input	输入	const uint8_t *	待计算摘要的原始数据
input_length	输入	size_t	原始数据长度；单位：字节
hash	输出	uint8_t *	摘要输出缓冲区
hash_size	输入	size_t	摘要输出缓冲区大小；单位：字节
hash_length	输出	size_t *	实际输出的摘要长度；单位：字节

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_sign_hash()¶

功能描述
对已计算完成的摘要数据生成ECDSA签名。
函数原型

psa_status_t psa_sign_hash(mbedtls_svc_key_id_t key,
                           psa_algorithm_t alg,
                           const uint8_t *hash,
                           size_t hash_length,
                           uint8_t *signature,
                           size_t signature_size,
                           size_t *signature_length);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
key	输入	mbedtls_svc_key_id_t	签名使用的ECC私钥标识
alg	输入	psa_algorithm_t	签名算法；常用 PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256)；详见 psa_algorithm_t
hash	输入	const uint8_t *	待签名的摘要数据
hash_length	输入	size_t	摘要数据长度；单位：字节
signature	输出	uint8_t *	签名结果输出缓冲区
signature_size	输入	size_t	签名结果缓冲区大小；单位：字节
signature_length	输出	size_t *	实际生成的签名长度；单位：字节

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_verify_hash()¶

功能描述
校验已计算完成的摘要数据与ECDSA签名是否匹配。
函数原型

psa_status_t psa_verify_hash(mbedtls_svc_key_id_t key,
                             psa_algorithm_t alg,
                             const uint8_t *hash,
                             size_t hash_length,
                             const uint8_t *signature,
                             size_t signature_length);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
key	输入	mbedtls_svc_key_id_t	验签使用的ECC公钥或密钥对标识
alg	输入	psa_algorithm_t	验签算法；常用 PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256)；详见 psa_algorithm_t
hash	输入	const uint8_t *	待验签的摘要数据
hash_length	输入	size_t	摘要数据长度；单位：字节
signature	输入	const uint8_t *	待校验的ECDSA签名数据
signature_length	输入	size_t	签名数据长度；单位：字节

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_sign_message()¶

功能描述
对原始消息数据生成ECDSA签名。
函数原型

psa_status_t psa_sign_message(mbedtls_svc_key_id_t key,
                              psa_algorithm_t alg,
                              const uint8_t *input,
                              size_t input_length,
                              uint8_t *signature,
                              size_t signature_size,
                              size_t *signature_length);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
key	输入	mbedtls_svc_key_id_t	签名使用的ECC私钥标识
alg	输入	psa_algorithm_t	签名算法；常用 PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256)；详见 psa_algorithm_t
input	输入	const uint8_t *	待签名的原始消息数据
input_length	输入	size_t	原始消息数据长度；单位：字节
signature	输出	uint8_t *	签名结果输出缓冲区
signature_size	输入	size_t	签名结果缓冲区大小；单位：字节
signature_length	输出	size_t *	实际生成的签名长度；单位：字节

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_verify_message()¶

功能描述
校验原始消息数据与ECDSA签名是否匹配。
函数原型

psa_status_t psa_verify_message(mbedtls_svc_key_id_t key,
                                psa_algorithm_t alg,
                                const uint8_t *input,
                                size_t input_length,
                                const uint8_t *signature,
                                size_t signature_length);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
key	输入	mbedtls_svc_key_id_t	验签使用的ECC公钥或密钥对标识
alg	输入	psa_algorithm_t	验签算法；常用 PSA_ALG_ECDSA(PSA_ALG_SHA_256)；详见 psa_algorithm_t
input	输入	const uint8_t *	待验签的原始消息数据
input_length	输入	size_t	原始消息数据长度；单位：字节
signature	输入	const uint8_t *	待校验的ECDSA签名数据
signature_length	输入	size_t	签名数据长度；单位：字节

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_destroy_key()¶

功能描述
销毁指定密钥并释放相关资源。
函数原型

psa_status_t psa_destroy_key(mbedtls_svc_key_id_t key);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
key	输入	mbedtls_svc_key_id_t	需要销毁的密钥标识

返回值说明
PSA_SUCCESS：函数执行成功
其他值（详见 psa_status_t）：函数执行失败

psa_reset_key_attributes()¶

功能描述
重置密钥属性对象。
函数原型

void psa_reset_key_attributes(psa_key_attributes_t *attributes);

参数说明

参数名	输入/输出	类型	说明
attributes	输出	psa_key_attributes_t*	密钥属性对象；详见 psa_key_attributes_t

返回值说明
无

结构体定义¶

psa_key_attributes_t¶

PSA密钥属性结构体定义如下：

struct psa_key_attributes_s
{
    psa_key_type_t     type;
    psa_key_bits_t     bits;
    psa_key_lifetime_t lifetime;
    psa_key_policy_t   policy;
    psa_key_id_t       id;
};

成员	类型	说明
type	psa_key_type_t	密钥类型，例如AES密钥、RSA公钥、RSA密钥对、ECC公钥或ECC密钥对。通过 psa_set_key_type() 设置
bits	psa_key_bits_t	密钥长度，单位为位。例如AES-128填写128、RSA-2048填写2048、P-256填写256。通过 psa_set_key_bits() 设置
lifetime	psa_key_lifetime_t	密钥生命周期及存储位置。用于区分临时密钥、持久化密钥，以及密钥由本地软件还是安全硬件管理。通过 psa_set_key_lifetime() 设置
policy	psa_key_policy_t	密钥使用策略，包括允许的操作和算法，例如允许加密、解密、签名、验签，以及允许使用AES-GCM、RSA-OAEP或ECDSA等算法
id	psa_key_id_t	持久化密钥标识符。临时密钥通常不需要设置；持久化密钥通过 psa_set_key_id() 指定

备注

该结构体通常不直接访问内部成员，而是通过 psa_set_key_type()、psa_set_key_bits()、psa_set_key_usage_flags()、psa_set_key_algorithm() 等接口设置。

枚举定义¶

psa_status_t¶

操作状态码枚举定义如下：

typedef int32_t psa_status_t;

成员	说明
PSA_SUCCESS	函数执行成功
PSA_ERROR_INVALID_HANDLE	密钥标识无效
PSA_ERROR_NOT_PERMITTED	密钥权限或算法策略不允许执行当前操作
PSA_ERROR_INVALID_SIGNATURE	签名校验失败
PSA_ERROR_BUFFER_TOO_SMALL	输出缓冲区空间不足
PSA_ERROR_NOT_SUPPORTED	当前算法、曲线或密钥类型不支持
PSA_ERROR_INVALID_ARGUMENT	输入参数无效
PSA_ERROR_INSUFFICIENT_ENTROPY	随机数资源不足
PSA_ERROR_INSUFFICIENT_MEMORY	内存不足
PSA_ERROR_BAD_STATE	PSA Crypto未初始化或当前状态异常

psa_key_type_t¶

密钥类型枚举定义如下：

typedef uint16_t psa_key_type_t;

成员	说明
PSA_KEY_TYPE_ECC_KEY_PAIR(curve)	ECC密钥对类型；用于ECDSA签名
PSA_KEY_TYPE_ECC_PUBLIC_KEY(curve)	ECC公钥类型；用于ECDSA验签
PSA_ECC_FAMILY_SECP_R1	SECP R1曲线族；作为 curve 参数取值；如secp256r1、secp384r1、secp521r1
PSA_ECC_FAMILY_SECP_K1	SECP K1曲线族；作为 curve 参数取值；如secp256k1
PSA_ECC_FAMILY_BRAINPOOL_P_R1	Brainpool P-R1曲线族；作为 curve 参数取值

psa_key_usage_t¶

密钥用途类型枚举定义如下：

typedef uint32_t psa_key_usage_t;

成员	说明
PSA_KEY_USAGE_SIGN_HASH	允许使用密钥对摘要数据进行签名
PSA_KEY_USAGE_VERIFY_HASH	允许使用密钥验证摘要数据的签名
PSA_KEY_USAGE_SIGN_MESSAGE	允许使用密钥对原始消息进行签名
PSA_KEY_USAGE_VERIFY_MESSAGE	允许使用密钥验证原始消息的签名
PSA_KEY_USAGE_EXPORT	允许导出密钥
PSA_KEY_USAGE_COPY	允许复制密钥

psa_algorithm_t¶

算法类型枚举定义如下：

typedef uint32_t psa_algorithm_t;

成员	说明
PSA_ALG_ECDSA(hash_alg)	随机化ECDSA签名算法
PSA_ALG_DETERMINISTIC_ECDSA(hash_alg)	确定性ECDSA签名算法；符合RFC 6979
PSA_ALG_ECDSA_ANY	不指定摘要算法的ECDSA算法；通常用于已计算摘要场景
PSA_ALG_SHA_256	SHA-256摘要算法
PSA_ALG_SHA_384	SHA-384摘要算法
PSA_ALG_SHA_512	SHA-512摘要算法

应用逻辑流程图¶

../../../_images/image_PmztbM5uxomkYrxVuQRcDXxknWf.webp

示例代码¶

完整示例代码请查看https://github.com/UniRTOS/UniRTOS-Doc-Examples/blob/main/network/crypto/ecdsa_demo.c

ECDSA签名算法¶

功能概述¶

常见应用场景¶

常见问题¶

ECDSA签名流程¶

密钥准备流程¶

签名生成流程¶

签名验证流程¶

ECDSA签名算法API¶

头文件¶

函数概览¶

函数详解¶

psa_crypto_init()¶

psa_set_key_type()¶

psa_set_key_bits()¶

psa_set_key_usage_flags()¶

psa_set_key_algorithm()¶

psa_generate_key()¶

psa_import_key()¶

psa_hash_compute()¶

psa_sign_hash()¶

psa_verify_hash()¶

psa_sign_message()¶

psa_verify_message()¶

psa_destroy_key()¶

psa_reset_key_attributes()¶

结构体定义¶

psa_key_attributes_t¶

枚举定义¶

psa_status_t¶

psa_key_type_t¶

psa_key_usage_t¶

psa_algorithm_t¶

应用逻辑流程图¶

示例代码¶

目录

本页