Rust TPM2.0安全接口库tss-esapi-sys的使用，提供与可信平台模块(TPM)交互的低层系统绑定

TPM2 Software Stack Rust Wrapper

这是一个低级别的包装器，将TSS（可信平台模块软件栈）的增强系统API暴露给Rust，提供了与TPM交互的最小C接口。

依赖项

这个crate暴露了TSS增强系统API的接口，因此需要链接到提供这些接口的库。为了允许正确使用ESAPI，这个FFI层包括对TCTI和MU头文件的绑定，并且必须在构建时链接到所有这些库。

库路径是通过pkg-config发现的 - 请确保您系统上的这些库可以被这种方式找到。我们的构建脚本会查找tss2-esys、tss2-tctildr和tss2-mu。所有这些库的最低版本要求是2.3.3。

如果您在/usr/local/lib（默认位置）安装了开源实现库，但pkg-config找不到它们，可以运行以下命令：

$ export PKG_CONFIG_PATH=/usr/local/lib/pkgconfig

这个crate提供的FFI绑定可以是提交在crate中src/bindings下的绑定，也可以是在构建时从系统上找到的库头文件生成的绑定。要在构建时生成绑定，请启用generate-bindings特性，因为它默认不启用。构建脚本将使用pkg-config识别头文件并从中生成新的绑定。

交叉编译

只要您的构建系统有针对目标系统编译的TSS库，就可以进行交叉编译。我们依赖pkg-config来识别我们要链接的库。安装tpm2-tss确实会产生可用于此目的的.pc文件，但根据具体的构建环境设置，tpm2-tss的配置和编译可能需要一些特殊定制。

示例代码

以下是一个使用tss-esapi-sys与TPM交互的基本示例：

use tss_esapi_sys::{TCTI_DEVICE, TSS2_TCTI_CONTEXT, TSS2_RC, TSS2_TCTI_INFO};

fn main() -> Result<(), TSS2_RC> {
    // 初始化TCTI上下文
    let mut tcti_ctx: *mut TSS2_TCTI_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    let mut tcti_info: *mut TSS2_TCTI_INFO = std::ptr::null_mut();
    
    // 配置TCTI设备路径 (通常为/dev/tpm0或/dev/tpmrm0)
    let device_path = "/dev/tpm0\0".as_ptr() as *const i8;
    
    // 初始化TCTI设备
    let rc = unsafe { TCTI_DEVICE.init(
        std::ptr::null_mut(),
        &mut tcti_ctx as *mut _,
        device_path
        ) };
    
    if rc != TSS2_RC::SUCCESS {
        eprintln!("Failed to initialize TCTI device: {}", rc);
        return Err(rc);
    }
    
    // 在这里添加与TPM交互的代码...
    
    // 清理TCTI上下文
    unsafe {
        if !tcti_ctx.is_null() {
            (*tcti_ctx).finalize.unwrap()(tcti_ctx);
        }
    }
    
    Ok(())
}

完整示例

以下是一个更完整的示例，展示了如何使用tss-esapi-sys与TPM进行基本交互：

use tss_esapi_sys::{
    TSS2_RC, TSS2_TCTI_CONTEXT, TSS2_TCTI_INFO, TCTI_DEVICE,
    Esys_CreatePrimary, Esys_ContextLoad, Esys_FlushContext,
    TPM2_HANdlE, TPM2_RH_ENDORSEMENT, TPM2B_PUBLIC, TPM2B_SENSITIVE_CREATE,
    TPM2B_DATA, TPMS_AUTH_COMMAND, TPMS_PCR_SELECTION, TPMI_YES_NO,
    ESYS_TR, ESYS_CONTEXT
};

fn main() -> Result<(), TSS2_RC> {
    // 初始化TCTI上下文
    let mut tcti_ctx: *mut TSS2_TCTI_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    let mut tcti_info: *mut TSS2_TCTI_INFO = std::ptr::null_mut();
    let device_path = "/dev/tpm0\0".as_ptr() as *const i8;
    
    let rc = unsafe { TCTI_DEVICE.init(
        std::ptr::null_mut(),
        &mut tcti_ctx as *mut _,
        device_path
    ) };
    
    if rc != TSS2_RC::SUCCESS {
        eprintln!("Failed to initialize TCTI device: {}", rc);
        return Err(rc);
    }
    
    // 初始化ESYS上下文
    let mut esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    let rc = unsafe { Esys_Initialize(
        &mut esys_ctx as *mut _,
        tcti_ctx,
        std::ptr::null_mut()
    ) };
    
    if rc != TSS2_RC::SUCCESS {
        eprintln!("Failed to initialize ESYS context: {}", rc);
        return Err(rc);
    }
    
    // 创建主密钥
    let mut primary_handle: ESYS_TR = ESYS_TR::default();
    let mut out_public: *mut TPM2B_PUBLIC = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_data: *mut TPM2B_DATA = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_hash: *mut TPM2B_DIGEST = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_ticket: *mut TPMT_TK_CREATION = std::ptr::null_mut();
    
    let rc = unsafe { Esys_CreatePrimary(
        esys_ctx,
        ESYS_TR::RH_ENDORSEMENT,
        ESYS_TR::PASSWORD,
        ESYS_TR::NONE,
        ESYS_TR::NONE,
        std::ptr::null(),
        std::ptr::null(),
        &[0; 0] as *const _,
        &mut primary_handle,
        &mut out_public,
        &mut creation_data,
        &mut creation_hash,
        &mut creation_ticket
    ) };
    
    if rc != TSS2_RC::SUCCESS {
        eprintln!("Failed to create primary key: {}", rc);
        return Err(rc);
    }
    
    println!("Successfully created primary key with handle: {}", primary_handle);
    
    // 清理
    unsafe {
        if !out_public.is_null() {
            Esys_Free(out_public);
        }
        if !creation_data.is_null() {
            Esys_Free(creation_data);
        }
        if !creation_hash.is_null() {
            Esys_Free(creation_hash);
        }
        if !creation_ticket.is_null() {
            Esys_Free(creation_ticket);
        }
        
        // 释放上下文
        Esys_Finalize(&mut esys_ctx);
        
        if !tcti_ctx.is_null() {
            (*tcti_ctx).finalize.unwrap()(tcti_ctx);
        }
    }
    
    Ok(())
}

安装

在您的项目目录中运行以下Cargo命令：

cargo add tss-esapi-sys

或者将以下行添加到您的Cargo.toml中：

tss-esapi-sys = "0.5.0"

许可证

Apache-2.0

phonegap100 1楼

Rust TPM2.0安全接口库tss-esapi-sys使用指南

概述

tss-esapi-sys是Rust语言中用于与TPM2.0(可信平台模块)交互的低层系统绑定库。它提供了对TSS(可信软件栈)ESAPI(增强系统API)的Rust绑定，允许开发者直接与TPM硬件进行安全交互。

主要特性

提供TPM2.0功能的原始绑定
支持与TPM硬件的低层交互
类型安全的Rust接口
内存安全保证
与标准TSS2库兼容

安装方法

在Cargo.toml中添加依赖：

[dependencies]
tss-esapi-sys = "0.4"

基本使用方法

初始化上下文

use tss_esapi_sys::*;

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // 初始化TCTI上下文
    let mut tcti_ctx: *mut TSS2_TCTI_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    let mut tcti_size = 0;
    let tcti_conf = b"device:/dev/tpm0\0".as_ptr() as *const i8;
    
    unsafe {
        Tss2_TctiLdr_Initialize(tcti_conf, &mut tcti_ctx, &mut tcti_size)?;
    }
    
    // 初始化ESYS上下文
    let mut esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    unsafe {
        Esys_Initialize(&mut esys_ctx, tcti_ctx, std::ptr::null_mut())?;
    }
    
    // 使用完毕后清理
    unsafe {
        Esys_Finalize(&mut esys_ctx);
        Tss2_TctiLdr_Finalize(&mut tcti_ctx);
    }
    
    Ok(())
}

读取TPM随机数

use tss_esapi_sys::*;

fn get_random_bytes(esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT, size: u16) -> Result<Vec<u8>, Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut random_bytes: *mut TPM2B_DIGEST = std::ptr::null_mut();
    
    unsafe {
        Esys_GetRandom(
            esys_ctx,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            size,
            &mut random_bytes,
        )?;
        
        let result = std::slice::from_raw_parts(
            (*random_bytes).buffer.as_ptr(),
            (*random_bytes).size as usize
        ).to_vec();
        
        Esys_F极Free(random_bytes);
        
        Ok(result)
    }
}

创建和加载密钥

use tss_esapi_sys::*;

fn create_and_load_key(esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT) -> Result<ESYS_TR, Box<dyn std::error::Error>> {
    // 定义RSA密钥参数
    let mut public = TPM2B_PUBLIC {
        size: std::mem::size_of::<TPM2B_PUBLIC>() as u16,
        publicArea: TPMT_PUBLIC {
            type_: TPM2_ALG_RSA,
            nameAlg: TPM2_ALG_SHA256,
            objectAttributes: TPMA_OBJECT::FIXEDTPM 
                | TPMA_OBJECT::FIXEDPARENT 
                | TPMA_OBJECT::SENSITIVEDATAORIGIN 
                | TPMA_OBJECT::USERWITHAUTH 
                | TPMA_OBJECT::DECRYPT,
            authPolicy: TPM极2B_DIGEST {
                size: 0,
                buffer: [0; 64],
            },
            parameters: TPMS_RSA_PARMS {
                symmetric: TPMS_RSA_PARMS {
                    scheme: TPMT_RSA_SCHEME {
                        scheme: TPM2_ALG_NULL,
                        details: Default::default(),
                    },
                    keyBits: 2048,
                    exponent: 0,
                },
            },
            unique: TPMU_PUBLIC_ID {
                rsa: TPM2B_PUBLIC_KEY_RSA {
                    size: 0,
                    buffer: [0; 256],
                },
            },
        },
    };
    
    let mut sensitive = TPM2B_SENSITIVE_CREATE {
        size: 0,
        sensitive: TPMT_SENSITIVE_CREATE {
            userAuth: TPM2B_AUTH {
                size: 0,
                buffer: [0; 64],
            },
            data: TPM2B_SENSITIVE_DATA {
                size: 0,
                buffer: [0; 64],
            },
        },
    };
    
    let mut out_public = std::ptr::null_mut();
    let mut out_private = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_data = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_hash = std::ptr::null_mut();
    let mut creation_ticket = std::ptr::null_mut();
    
    unsafe {
        // 创建密钥
        Esys_CreatePrimary(
            esys_ctx,
            ESYS_TR_RH_ENDORSEMENT,
            ESYS_TR_PASSWORD,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            &sensitive,
            &public,
            std::ptr::null(),
            std::ptr::null(),
            &mut out_private,
            &mut out_public,
            &mut creation_data,
            &mut creation_hash,
            &mut creation_ticket,
        )?;
        
        // 加载密钥
        let mut key_handle = ESYS_TR::default();
        Esys_Load(
            esys_ctx,
            ESYS_TR_RH_ENDORSEMENT,
            ESYS_TR_PASSWORD,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            out_private,
            out_public,
            &mut key_handle,
        )?;
        
        // 清理资源
        Esys_Free(out_private);
        Esys_Free(out_public);
        Esys_Free(creation_data);
        Esys_Free(creation_hash);
        Esys_Free(creation_ticket);
        
        Ok(key_handle)
    }
}

安全注意事项

始终检查返回的错误码
及时释放分配的资源
正确处理敏感数据
使用安全的密钥管理实践
遵循最小权限原则

高级用法

PCR操作

use tss_esapi_sys::*;

fn read_pcr(esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT, pcr_index: u32) -> Result<Vec<u8>, Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut pcr_selection = TPML_PCR_SELECTION {
        count: 极1,
        pcrSelections: [
            TPMS_PCR_SELECTION {
                hash: TPM2_ALG_SHA256,
                sizeofSelect: 3,
                pcrSelect: [0; 3],
            },
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
            Default::default(),
        ],
    };
    
    pcr_selection.pcrSelections[0].pcrSelect[(pcr_index / 8) as usize] = 1 << (pcr_index % 8);
    
    let mut pcr_values = std::ptr::null_mut();
    let mut pcr_update_counter = 0;
    
    unsafe {
        Esys_PCR_Read(
            esys_ctx,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            &pcr_selection,
            &mut pcr_update_counter,
            &mut pcr_selection,
            &mut pcr_values,
        )?;
        
        let result = std::slice::from_raw_parts(
            (*pcr_values).digests[0].buffer.as_ptr(),
            (*pcr_values).digests[0].size as usize
        ).to_vec();
        
        Esys_Free(pcr_values);
        
        Ok(result)
    }
}

常见问题解决

设备访问权限问题：确保运行程序的用户有访问/dev/tpm0的权限
TPM不可用：检查TPM是否在BIOS中启用
内存泄漏：确保每次分配的资源都正确释放
版本兼容性：确保使用的库版本与系统上的TSS2库版本兼容

完整示例代码

use tss_esapi_sys::*;
use std::error::Error;

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // 1. 初始化TPM上下文
    let mut tcti_ctx: *mut TSS2_TCTI_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    let mut tcti_size = 0;
    let tcti_conf = b"device:/dev/tpm0\0".as_ptr() as *const i8;
    
    unsafe {
        Tss2_TctiLdr_Initialize(tcti_conf, &mut tcti_ctx, &mut tcti_size)?;
    }
    
    let mut esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT = std::ptr::null_mut();
    unsafe {
        Esys_Initialize(&mut esys_ctx, tcti_ctx, std::ptr::null_mut())?;
    }
    
    // 2. 获取随机数示例
    let random_bytes = unsafe {
        let mut random_bytes: *mut TPM2B_DIGEST = std::ptr::null_mut();
        Esys_GetRandom(
            esys_ctx,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR_NONE,
            ESYS_TR极NONE,
            16, // 获取16字节随机数
            &mut random_bytes,
        )?;
        
        let result = std::slice::from_raw_parts(
            (*random_bytes).buffer.as_ptr(),
            (*random_bytes).size as usize
        ).to_vec();
        
        Esys_Free(random_bytes);
        result
    };
    
    println!("获取的随机数: {:?}", random_bytes);
    
    // 3. 创建和加载密钥示例
    let key_handle = create_and_load_key(esys_ctx)?;
    println!("密钥句柄: {:?}", key_handle);
    
    // 4. PCR读取示例
    let pcr_value = read_pcr(esys_ctx, 0)?; // 读取PCR0的值
    println!("PCR0值: {:?}", pcr_value);
    
    // 清理资源
    unsafe {
        Esys_Finalize(&mut esys_ctx);
        Tss2_TctiLdr_Finalize(&mut tcti_ctx);
    }
    
    Ok(())
}

// 创建和加载密钥函数(同上)
fn create_and_load_key(esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT) -> Result<ESYS_TR, Box<dyn Error>> {
    // ... 同上 ...
}

// 读取PCR函数(同上) 
fn read_pcr(esys_ctx: *mut ESYS_CONTEXT, pcr_index: u32) -> Result<Vec<u8>, Box<dyn Error>> {
    // ... 同上 ...
}