走向合规:Go加密库对FIPS 140的支持

本文永久链接 – https://tonybai.com/2024/11/16/go-crypto-and-fips-140

在今年3月份,Microsoft Azure团队宣布开设Go开发人员博客,旨在向开发者通报Microsoft在Go领域的最新动态,包括如何在Azure上部署Go工作负载以及与Go编程相关的文章。

然而,经过一段时间的关注,我发现该博客上的大多数文章都呈现出类似下图中的标题格式:

似乎微软在紧跟Go的发布节奏,发布自己维护的fork版本。那么,这些fork版本与上游Go究竟有何不同呢?通过查阅其fork版的README文件,我们可以找到答案:

原来微软的Go分支主要是为了向开发者提供符合FIPS 140-2标准Go加密库

近期,Russ Cox也发起了一个新提案,旨在使Go的加密库符合FIPS 140标准,以便能够去除Boring Crypto库。

对于许多对加密领域不太熟悉的读者来说,这可能会引发一系列疑问:什么是FIPS 140标准?Go目前对FIPS 140标准的支持状态如何?新提案将如何影响Go未来对FIPS 140标准的支持?

在这篇文章中,我们就一起了解一下FIPS 140标准、Go对其支持的现状以及未来的支持策略。

1. 什么是FIPS 140标准认证

FIPS 140(联邦信息处理标准第140号)是美国政府制定的一套计算机安全标准,主要用于规定加密模块的要求。该标准由美国国家标准与技术研究院(NIST)发布,旨在确保用于加密的硬件和软件模块满足一定的安全标准。

FIPS 140标准经历了多个版本的演进:

  • FIPS 140-1

于1994年发布,2002年撤回。它首次定义了四个安全级别和十一项要求领域。

  • FIPS 140-2

于2001年发布,考虑了技术的发展和用户反馈,是国际标准ISO/IEC 19790:2006的基础文件。FIPS 140-2仍然在使用,直到2022年4月某些应用程序的测试可以继续进行。FIPS 140-2定义了四个安全级别:

级别1:最低要求,所有组件必须是“生产级”的,且不允许有明显的安全漏洞。
级别2:增加了物理防篡改的要求,要求有角色基础的身份验证。
级别3:要求更高的物理防篡改能力和基于身份的认证,同时要求对模块的关键安全参数接口进行物理或逻辑隔离。
级别4:对物理安全要求更严格,要求能够抵御环境攻击。
  • FIPS 140-3

在2019年发布,作为FIPS 140-2的继任者,FIPS 140-3对标准进行了更新,使其与国际标准更为一致,并引入了新的安全要求。

FIPS 140认证由加密模块验证计划(CMVP)负责,该计划是NIST与加拿大通信安全局(CSE)共同运营的。认证过程涉及对加密模块的详细测试,确保其符合相应的标准要求。所有使用加密的美国联邦政府部门都必须使用经过FIPS 140认证的模块。

FIPS 140并不保证使用该标准的模块一定是安全的,但它确立了一系列文档和测试要求,确保加密模块在设计和实现上的可靠性。对于希望使用加密模块的用户和开发者来说,确认所使用的模块是否有现有的验证证书是非常重要的。

FIPS 140是美国政府对加密模块的要求,许多公司需要遵守这些标准以满足合规性需求,尤其是一些企业在与美国政府及其他受监管行业的合作中,FIPS合规性变得至关重要,这也是微软为何要建立Go Fork分支满足FIPS合规性,以及Go团队发起尽快让Go加密库满足FIPS合规性的提案的根本原因。随着Go在受监管环境中的采用增加,FIPS合规性将影响Go的吸引力和开发者体验。

那么当前Go密码学包对FIPS的支持是怎样的呢?我们继续往下看。

2. Go密码学包对FIPS标准支持的现状

到目前为止(Go 1.23.x版本),Go原生的crypto包并不具备FIPS认证。并且,在2017年的一个名为”crypto: FIPS 140-2 Certification“的issue中,Go密码学领域的首任技术负责人Adam Langley给出了这样的答复:

从Adam Langley的表述中可以看出,他似乎对FIPS 140这样的官方标准持有一种不屑的态度。同时他也指出对于FIPS 140认证感兴趣的开发者,可以尝试使用dev.boringcrypto分支

dev.boringcrypto分支是什么呢?它又是如何实现FPIS 140合规的呢?其实思路很简单,那就是:既然我暂时是不合规的,那我就找一个合规的,然后包装一下提供给开发者使用

那么什么库是合规的呢?BoringSSL,也就是Google fork的OpenSSL库的自维护版本,更精确地一点是BoringSSL库的一部分内容通过了FIPS 140-2认证


截图来自Google Cloud blog

而通过认证的这部分模块被称为BoringCrypto


截图来自NIST官网

Go dev.boringcrypto分支就是通过BoringSSL的binding来实现FIPS 140合规的,通过导入crypto/tls/fipsonly包,可以将所有TLS配置限制为FIPS合规设置,确保使用合规的加密算法。下面是Go 1.23.0中crypto/tls/fipsonly下fipsonly.go的源码,我们可以看到它实际上使用的是crypto/internal/boring下面的合规包:

// Copyright 2017 The Go Authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style
// license that can be found in the LICENSE file.

//go:build boringcrypto

// Package fipsonly restricts all TLS configuration to FIPS-approved settings.
//
// The effect is triggered by importing the package anywhere in a program, as in:
//
//  import _ "crypto/tls/fipsonly"
//
// This package only exists when using Go compiled with GOEXPERIMENT=boringcrypto.
package fipsonly

// This functionality is provided as a side effect of an import to make
// it trivial to add to an existing program. It requires only a single line
// added to an existing source file, or it can be done by adding a whole
// new source file and not modifying any existing source files.

import (
    "crypto/internal/boring/fipstls"
    "crypto/internal/boring/sig"
)

func init() {
    fipstls.Force()
    sig.FIPSOnly()
}

Go 1.8开始,Go都会在发布大版本时建立对应该大版本的dev.boriingcrypto分支,如下图:

但Go官方在Go 1.18版本之后似乎就不维护这个分支了。微软也恰是从那时(2022年初)开始fork了Go repo并维护自己的fips合规版本,在Linux上,该Fork使用OpenSSL的Go binding进行加密,而在Windows上使用CNG(Cryptography Next Generation)。

注:尽管使用微软的Go工具链构建的应用程序可以在FIPS兼容模式下运行,但这并不意味着自动符合FIPS认证。开发团队需确保使用FIPS合规的加密原语及工作流程。如果无法提供FIPS合规的实现,修改后的加密运行时将回退到Go标准库的加密方法,如使用crypto/md5或非标准nonce大小的AES-GCM等。

由于BoringSSL是C语言的,Go dev.boringcrypto分支势必要依赖cgo,将部分加密包的内部实现替换为通过FIPS 140认证的模块。但这种方案存在许多问题,如内存不安全代码、影响Go版本更新、性能问题和开发体验等。于是就有了文前提到的旨在移除BoringCrypto的Go团队的新提案。

新提案的内容是什么呢?下面我们就来细致看看。

3. Go加密库原生支持FIPS 140认证的提案

根据Go加密库上一任Tech leader Filippo Valsorda在proposal: crypto: mechanism to enable FIPS mode中的描述,Go团队希望为Go加密库实现FIPS 140-3认证,并允许开发者启用或禁用FIPS模式,以满足合规性要求。

该proposal建议在运行时通过设置GODEBUG标志来启用FIPS模式,新增GODEBUG=fips140选项。并且通过GODEBUG=fips140的值可以控制FIPS模式:

  • on为启用FIPS模式。
  • only:仅允许使用经过批准的加密算法,其他非批准算法将返回错误。
  • enforce(该值依然在讨论中):它会强制执行使用FIPS合规算法,非批准算法将返回错误或导致程序崩溃。

在代码层面,新增crypto/fips140包或放在crypto/internal/fips下,其中包含Enabled() bool函数,用于运行时检查当前是否启用了FIPS模式。

Russ Cox之后在”proposal: cmd/go: add fips140 module selection mechanism“的issue中着重阐述了在Go module层面对fips 140的支持策略,目前仍在更新中,根据Russ Cox 2024.11.11的最新comment,当前设计的策略大致如下:

  • 引入新的目标配置环境变量GOFIPS140用于构建工具链(替代之前在propsal中考虑新增的-fips140命令行标志)

该环境变量可取值为off、latest、inprocess、certified或v1.X.Y-fips.N,默认值为off。使用go version -m或获取debug.BuildInfo时,可显示新的构建设置GOFIPS140,其值为off、devel或具体的版本号。

- off(默认):使用最新源代码,GODEBUG设置为fips140=off。
- latest:使用最新源代码,GODEBUG设置为fips140=on。
- v1.X.Y-fips.N:使用指定的快照。
- inprocess:使用正在进行FIPS标准认证的版本。
- certified:使用经过NIST的FIPS认证的版本。
  • 不将FIPS代码视为module

用户不可见的API或工具将不会将crypto/internal/fips代码视为module。在运行go list时,crypto/internal/fips/…的包可以来自\$GOROOT/src/crypto/internal/fips/…或module cache中的目录,Module字段将为nil,与标准库其他部分一致。

  • 版本管理与模块系统的分离

尽管crypto/internal/fips有语义版本控制的版本集合,但它们与Go模块系统完全分离。存在于lib/fips140中的文件将采用实现定义(implementation-defined)的格式,尽管其格式很可能采用module zip和checksum的形式。

以上策略的实施将增强Go在FIPS 140支持方面的灵活性和可控性,为开发者提供了更清晰的配置选项。通过将FIPS 支持的配置独立于模块系统,开发者可以更方便地管理构建环境,避免潜在的配置冲突。

并且按照Russ Cox的说法,Go团队计划每年进行一次Go加密库的重新验证,以保持模块的合规性和及时更新。

4. 小结

本文探讨了Go语言加密库在FIPS 140标准支持方面的现状及未来发展。FIPS 140是美国政府制定的一套加密模块安全标准,目前的版本为FIPS 140-3,涵盖了最新的安全要求。

我们详细分析了Go加密库的现状,包括通过BoringSSL实现FIPS 140合规的dev.boringcrypto分支,以及微软维护的FIPS 140合规Go Fork版本。此外,Go团队还提出了针对FIPS 140-3认证的新提案,旨在允许开发者在运行时灵活启用或禁用FIPS模式。这一新提案的实施将为Go提供更大的合规灵活性,并为开发者提供清晰的配置选项,从而增强Go在受监管环境中的吸引力和实用性。

目前,关于Go加密库对FIPS 140支持的相关事项仍处于提案阶段,具体思路和实现细节可能会随着进一步的发展而变化。然而,本文通过对FIPS认证的介绍以及Go加密库未来计划的阐述,相信读者已经初步掌握了选择Go加密模块和满足合规性需求的有用信息。

如果你有什么疑问,欢迎在评论区留言,通过讨论碰撞,我们一起进步和成长!

5. 参考资料


Gopher部落知识星球在2024年将继续致力于打造一个高品质的Go语言学习和交流平台。我们将继续提供优质的Go技术文章首发和阅读体验。同时,我们也会加强代码质量和最佳实践的分享,包括如何编写简洁、可读、可测试的Go代码。此外,我们还会加强星友之间的交流和互动。欢迎大家踊跃提问,分享心得,讨论技术。我会在第一时间进行解答和交流。我衷心希望Gopher部落可以成为大家学习、进步、交流的港湾。让我相聚在Gopher部落,享受coding的快乐! 欢迎大家踊跃加入!

img{512x368}
img{512x368}

img{512x368}
img{512x368}

著名云主机服务厂商DigitalOcean发布最新的主机计划,入门级Droplet配置升级为:1 core CPU、1G内存、25G高速SSD,价格5$/月。有使用DigitalOcean需求的朋友,可以打开这个链接地址:https://m.do.co/c/bff6eed92687 开启你的DO主机之路。

Gopher Daily(Gopher每日新闻) – https://gopherdaily.tonybai.com

我的联系方式:

  • 微博(暂不可用):https://weibo.com/bigwhite20xx
  • 微博2:https://weibo.com/u/6484441286
  • 博客:tonybai.com
  • github: https://github.com/bigwhite
  • Gopher Daily归档 – https://github.com/bigwhite/gopherdaily
  • Gopher Daily Feed订阅 – https://gopherdaily.tonybai.com/feed

商务合作方式:撰稿、出书、培训、在线课程、合伙创业、咨询、广告合作。

Gotip安装:基于Go镜像代码仓库

本文永久链接 – https://tonybai.com/2024/11/15/install-gotip-using-go-repo-mirror

在《Go map使用Swiss Table重新实现,性能最高提升近50%》一文中,我曾使用过Gotip版本对基于Swiss table的新map实现做过benchmark测试。

有过几年Go开发经验的Gopher都知道Gotip版本是啥,但一些初学者可能并不十分清楚。Gotip版本可以理解为Go语言的devel版本,是支持开发者全面体验Go最新特性的主流方法之一,而另外一种方法则是通过Go官网提供的在线Playground(选择Go dev branch,如下图)体验:

不过通过Go playground方法体验Go最新特性会受到各种限制,比如只能体验单一源文件、无法跑benchmark test等。

Gotip本质上就是基于Go repo最新主干代码进行构建的Go版本,为了降低Gopher体验Go最新特性的门槛,Go团队让大家可以通过go install来安装Gotip。如今我们只需两行命令(前提是你的机器上已经有了某个版本的Go)就可以将Gotip安装到自己的机器上:

$go install golang.org/dl/gotip@latest
$gotip download

然而,Gotip版本的本质决定了它在国内的安装过程不会一帆风顺。你在国内执行上述的第二条命令时,很可能会看到如下输出:

$ gotip download
正克隆到 '/root/sdk/gotip'...
fatal: 无法访问 'https://go.googlesource.com/go/':Failed connect to go.googlesource.com:443; 连接超时
gotip: failed to clone git repository: exit status 128

这表明gotip尝试从Google的Go代码仓库克隆代码到本地,但由于众所周知的原因,这一过程常常会失败。

如果屏幕前的你拥有高速的加速器,那么你现在就可以关闭窗口,无需再阅读下面的内容了。但如果你没有,或者你需要在没有加速器的服务器或PC上使用Gotip,那还是请继续读下去。

现在问题就摆在你我面前:如何能让Gotip能成功clone到Go源码呢?一个很容易想到的思路:让Gotip从其他可达的地方clone Go源码不就行了吗

假设这个思路可行,需要满足以下两个条件:

  • Gotip支持从其他地方clone Go源码
  • 国内有一个可达的、快速的Go源码mirror仓库

我们评估一下可行性,先来看第一个条件。Gotip支持传入某些命令行参数并从其他地方clone Go源码么?看看它的usage吧!

$gotip
gotip: not downloaded. Run 'gotip download' to install to /root/sdk/gotip

$gotip -h
gotip: not downloaded. Run 'gotip download' to install to /root/sdk/gotip

$gotip download 2 3 4
gotip: usage: gotip download [CL number | branch name]

我们看到:官方版gotip的usage隐藏“很深”啊(有改进空间哦)!并且,gotip并不支持传入任何mirror仓库的命令行标志或参数。不过好在gotip是开源的,在github.com/golang/dl下可以找到gotip的源码,我们只需要fork并修改一下应该就可以了。

那么第二个条件呢?国内是否有一个可达的、快速的Go源码mirror仓库呢?很遗憾,没有现成的。不过,我们可以手工从github.com/golang/go上下载仓库,然后再push到国内任一家代码托管站点上即可,虽然这么做有些费时费力。好在,国内的码云(gitee.com)提供了一个导入外部仓库并同步的功能,我们可以在码云上直接导入github.com/golang/go,比如我这里就建立了一个公共库并同步了golang/go:gitee.com/bigwhite/go:

综上这个方案是可行的。

接下来就是将上面的方案思路付诸实现了。我fork了github.com/golang/dl到github.com/bigwhite/dl,然后修改了其中的internal/version/gotip.go文件:将https://go.googlesource.com/go改为了https://gitee.com/bigwhite/go.git。

接下来,我们就可以通过下面命令构建一个自己定制的gotip:

$go build -o gotip-gitee golang.org/dl/gotip

这里要注意的是:直接go build golang.org/dl/gotip会报错,因为在顶层目录下存在了gotip这个子目录,与目标可执行文件重名了,所以这里重命名了目标可执行文件。为了方便,我又在github.com/bigwhite/dl下加了一个Makefile,大家只需执行make gotip即可。

注:这是一个很好的向Go项目贡献自己代码的机会,大家可以向Go项目提交PR,为gotip增加类似-m (mirror site)的命令行参数,以支持从第三方Go repo镜像站点下载Go源码并完成gotip的构建和安装过程。

接下来我们就来继续gotip的安装过程:

$ ./gotip-gitee download
正克隆到 '/root/sdk/gotip'...
remote: Enumerating objects: 14793, done.
remote: Counting objects: 100% (14793/14793), done.
remote: Compressing objects: 100% (11974/11974), done.
remote: Total 14793 (delta 2629), reused 10541 (delta 2221), pack-reused 0
接收对象中: 100% (14793/14793), 29.30 MiB | 9.50 MiB/s, 完成.
处理 delta 中: 100% (2629/2629), 完成.
Updating the go development tree...
来自 https://gitee.com/bigwhite/go
 * branch            master     -> FETCH_HEAD
HEAD 目前位于 84e58c8 cmd/internal/obj: add tool to generate Cnames string
Building Go cmd/dist using /root/.bin/go1.23.0. (go1.23.0 linux/amd64)
Building Go toolchain1 using /root/.bin/go1.23.0.
Building Go bootstrap cmd/go (go_bootstrap) using Go toolchain1.
Building Go toolchain2 using go_bootstrap and Go toolchain1.
Building Go toolchain3 using go_bootstrap and Go toolchain2.
Building packages and commands for linux/amd64.
---
Installed Go for linux/amd64 in /root/sdk/gotip
Installed commands in /root/sdk/gotip/bin
Success. You may now run 'gotip'!

这个编译和安装过程大概仅花费2-3分钟左右,非常快!一旦gotip安装完毕,你就可以直接使用gotip版本,体验Go最新特性了!

$ gotip version
go version devel go1.24-84e58c8 Wed Nov 13 05:02:13 2024 +0000 linux/amd64

我们来小结一下!在这篇文章中,我提供了一种在国内安装gotip版本的方法,供大家参考而已。如果你不喜欢使用gitee.com上的mirror仓库,你也可以直接使用github上的go镜像仓库,如果你觉得访问github还比较顺畅的话。

当然屏幕前的读者可能有比我这里更好、更方便地在国内安装gotip版本的方法,也欢迎大家在评论区留言交流!

注:如果你采用我的方法安装gotip,请自行在gitee.com上建立Go仓库的mirror仓库并按需同步。


Gopher部落知识星球在2024年将继续致力于打造一个高品质的Go语言学习和交流平台。我们将继续提供优质的Go技术文章首发和阅读体验。同时,我们也会加强代码质量和最佳实践的分享,包括如何编写简洁、可读、可测试的Go代码。此外,我们还会加强星友之间的交流和互动。欢迎大家踊跃提问,分享心得,讨论技术。我会在第一时间进行解答和交流。我衷心希望Gopher部落可以成为大家学习、进步、交流的港湾。让我相聚在Gopher部落,享受coding的快乐! 欢迎大家踊跃加入!

img{512x368}
img{512x368}

img{512x368}
img{512x368}

著名云主机服务厂商DigitalOcean发布最新的主机计划,入门级Droplet配置升级为:1 core CPU、1G内存、25G高速SSD,价格5$/月。有使用DigitalOcean需求的朋友,可以打开这个链接地址:https://m.do.co/c/bff6eed92687 开启你的DO主机之路。

Gopher Daily(Gopher每日新闻) – https://gopherdaily.tonybai.com

我的联系方式:

  • 微博(暂不可用):https://weibo.com/bigwhite20xx
  • 微博2:https://weibo.com/u/6484441286
  • 博客:tonybai.com
  • github: https://github.com/bigwhite
  • Gopher Daily归档 – https://github.com/bigwhite/gopherdaily
  • Gopher Daily Feed订阅 – https://gopherdaily.tonybai.com/feed

商务合作方式:撰稿、出书、培训、在线课程、合伙创业、咨询、广告合作。

如发现本站页面被黑,比如:挂载广告、挖矿等恶意代码,请朋友们及时联系我。十分感谢! Go语言第一课 Go语言精进之路1 Go语言精进之路2 Go语言编程指南
商务合作请联系bigwhite.cn AT aliyun.com

欢迎使用邮件订阅我的博客

输入邮箱订阅本站,只要有新文章发布,就会第一时间发送邮件通知你哦!

这里是 Tony Bai的个人Blog,欢迎访问、订阅和留言! 订阅Feed请点击上面图片

如果您觉得这里的文章对您有帮助,请扫描上方二维码进行捐赠 ,加油后的Tony Bai将会为您呈现更多精彩的文章,谢谢!

如果您希望通过微信捐赠,请用微信客户端扫描下方赞赏码:

如果您希望通过比特币或以太币捐赠,可以扫描下方二维码:

比特币:

以太币:

如果您喜欢通过微信浏览本站内容,可以扫描下方二维码,订阅本站官方微信订阅号“iamtonybai”;点击二维码,可直达本人官方微博主页^_^:
本站Powered by Digital Ocean VPS。
选择Digital Ocean VPS主机,即可获得10美元现金充值,可 免费使用两个月哟! 著名主机提供商Linode 10$优惠码:linode10,在 这里注册即可免费获 得。阿里云推荐码: 1WFZ0V立享9折!


View Tony Bai's profile on LinkedIn
DigitalOcean Referral Badge

文章

评论

  • 正在加载...

分类

标签

归档



View My Stats