如何为使用 Python 打包的 libcrypto 和 libssl 启用 FIPS 模式？

Question

我有一个 python 应用程序，它与 Python 以及 Libcrypto 和 LibSSL 共享对象打包在一起。该应用程序是使用 Openssl Fips Module 2.0 构建的。 Python 的请求模块和幕后的 urllib3 使用这些共享对象来发出 TLS 请求。

我在构建应用程序的环境中启用了 OPENSSL_FIPS 标志。现在如果要检查共享对象是否启用了fips模式，当我将它们从开发环境中取出并放在另一台机器上时，我该怎么办？

如何查看是否启用了fips模式？如果不是，我如何为这些共享对象启用 fips 模式？

可能有帮助的其他详细信息：

OpenSSL 版本：1.0.2h（从源代码构建）

Fips 模块：2.0.12（从源代码构建）

Python: 3.6

OS：Ubuntu 16.04 LTS

如果需要任何其他详细信息，请告诉我。

谢谢！

Answer 1

我使用常规标志构建了 OpenSSL-fips 模块（例如：no-asm、shared, 一些古老的密码被禁用):

[cfati@cfati-ubtu16x64-0:~/Work/Dev/Whosebug/q049320993]> ~/sopr.sh
*** Set shorter prompt to better fit when pasted in Whosebug (or other) pages ***

[064bit-prompt]> ls ssl/build/bin ssl/build/lib
ssl/build/bin:
c_rehash  openssl

ssl/build/lib:
engines  libcrypto.a  libcrypto.so  libcrypto.so.1.0.0  libssl.a  libssl.so  libssl.so.1.0.0  pkgconfig

并开始玩它：

[064bit-prompt]> ssl/build/bin/openssl version
OpenSSL 1.0.2h-fips  3 May 2016 (Library: OpenSSL 1.0.2g  1 Mar 2016)

注意“（库：OpenSSL 1.0.2g 2016 年 3 月 1 日）”部分。那（存在）表明 openssl 可执行文件是好的（预期版本），但它使用的是错误的 libcrypto（这是默认安装在系统上的那个 - 在 /lib 下 - 通常那个不是用 FIPS 构建的支持）。
它必须加载我们的库，这是通过设置LD_LIBRARY_PATH来完成的（同样的行为也可以是通过在构建 OpenSSL 时设置一个 env var 来实现，这将在 openssl 可执行文件中设置 rpath，但是我忘记了，我不想再次构建它):

[064bit-prompt]> LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ssl/build/bin/openssl version
OpenSSL 1.0.2h-fips  3 May 2016

现在，设置成功，让我们深入研究 OPENSSL_FIPS env var:

[064bit-prompt]> LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ssl/build/bin/openssl md5 ./code.py
MD5(./code.py)= d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
[064bit-prompt]> LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ssl/build/bin/openssl sha1 ./code.py
SHA1(./code.py)= da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709
[064bit-prompt]> OPENSSL_FIPS=1 LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ssl/build/bin/openssl sha1 ./code.py
SHA1(./code.py)= da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709
[064bit-prompt]> OPENSSL_FIPS=1 LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ssl/build/bin/openssl md5 ./code.py
Error setting digest md5
139778679649944:error:060A80A3:digital envelope routines:FIPS_DIGESTINIT:disabled for fips:fips_md.c:180:

从上面可以看出，md5 哈希行为受 OPENSSL_FIPS env 变量的影响（当FIPS模式开启时，不允许使用它）。

备注:

很可能，较新的 openssl-fips 版本也将禁用 sha1，因为它被认为是弱的，所以不变量应该是切换到 sha2 哈希函数系列之一（例如 sha256）或更好的 sha3（较旧的OpenSSL 版本可能没有）
根据我的 PoV 这有点太严格了，因为在某些情况下，可能需要哈希算法用于不关心安全性的目的，并且更复杂（并且还很耗时）仍然必须使用允许的算法

由于 OPENSSL_FIPS env var 在 openssl 可执行级别处理，这将被绕过（因为libcrypto将被直接使用），它对目前的情况没有用，所以我们必须更深入。这些是在 loaded libcrypto 实例中控制 FIPS 模式的函数：

它们将用于read/write FIPS 模式。为了测试是否真的设置了 FIPS 模式，将使用 md5 哈希（来自上面的示例）。

code.py:

#!/usr/bin/env python3


import sys
import ssl
import ctypes


libcrypto = ctypes.CDLL("libcrypto.so.1.0.0")

fips_mode = libcrypto.FIPS_mode
fips_mode.argtypes = []
fips_mode.restype = ctypes.c_int

fips_mode_set = libcrypto.FIPS_mode_set
fips_mode_set.argtypes = [ctypes.c_int]
fips_mode_set.restype = ctypes.c_int

text = b""


if __name__ == "__main__":
    print("Python {:s} on {:s}\n".format(sys.version, sys.platform))
    print("OPENSSL_VERSION: {:s}".format(ssl.OPENSSL_VERSION))
    enable_fips = len(sys.argv) > 1

    print("FIPS_mode(): {:d}".format(fips_mode()))
    if enable_fips:
        print("FIPS_mode_set(1): {:d}".format(fips_mode_set(1)))
    print("FIPS_mode(): {:d}".format(fips_mode()))

    import hashlib
    print("SHA1: {:s}".format(hashlib.sha1(text).hexdigest()))
    print("MD5: {:s}".format(hashlib.md5(text).hexdigest()))

备注:

为 [Python 3.Docs]: ctypes - A foreign function library for Python

argtypes

restype

md5 哈希算法由 [Python 3.Docs]: hashlib - Secure hashes and message digests

Python

重要：import hashlib 语句位于设置 FIPS 之后模式（而不是在文件开头，因为它应该是），因为 hashlib 在导入时 做了一些缓存 ，所以它捕获 FIPS 导入时的值，不关心之后是否更改

输出:

[064bit-prompt]> LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ./code.py
Python 3.5.2 (default, Nov 23 2017, 16:37:01)
[GCC 5.4.0 20160609] on linux

OPENSSL_VERSION: OpenSSL 1.0.2h-fips  3 May 2016
FIPS_mode(): 0
FIPS_mode(): 0
SHA1: da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709
MD5: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e
[064bit-prompt]> LD_LIBRARY_PATH=ssl/build/lib ./code.py 1
Python 3.5.2 (default, Nov 23 2017, 16:37:01)
[GCC 5.4.0 20160609] on linux

OPENSSL_VERSION: OpenSSL 1.0.2h-fips  3 May 2016
FIPS_mode(): 0
FIPS_mode_set(1): 1
FIPS_mode(): 1
SHA1: da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709
fips_md.c(149): OpenSSL internal error, assertion failed: Digest Final previous FIPS forbidden algorithm error ignored
Aborted (core dumped)

如上所示，通过 ctypes 设置 FIPS 模式，really 设置它。
我不知道为什么会出现段错误，但是 md5 相关代码仅用于测试目的，因此在生产中不需要它。

我记得在某些 Lnx 版本上（可能基于 RH），FIPS也可以通过编辑一些条目（在 /proc 下？）来设置模式（系统全局），但我不记得了。

一种更优雅的方法 是为这两个函数公开Python 包装器。
检查[Python.Bugs]: FIPS_mode() and FIPS_mode_set() functions in Python (ssl)，我也提交了Python 3.4[=182=的补丁]（它们被 ssl 模块公开），但基于以下参数被拒绝（其中1^st 2 是相关的):

FIPS 是一个糟糕的标准

OpenSSL 将放弃对它的支持

它打破了共性

您可以将它应用于 Python 3.6（我认为它不会起作用 OOTB，因为行号最有可能改变），并且（显然）你必须从源代码构建 Python。

底线:

FIPS 工作和 [= 之间存在大差异73=]FIPS 已验证，我相信您已经阅读了 [OpenSSL]: User Guide for the OpenSSL FIPS Object Module v2.0
[AskUbuntu]: Enable FIPS 140-2 in ubuntu 可能还包含一些有用的信息

更新#0

这只是抚摸我，你在 [SO]: Not able to call FIPS_mode_set() of libcrypto.so with Python ctypes [duplicate] 上遇到的行为也可能是 r错误的 libcrypto 被加载（检查 openssl version 测试 w/wo LD_LIBRARY_PATH 从头开始）。
不支持 FIPS 的 OpenSSL 仍将导出 2 个函数，但它们都只是 return 0.

[064bit-prompt]> ./code.py 1
Python 3.5.2 (default, Nov 23 2017, 16:37:01)
[GCC 5.4.0 20160609] on linux

OPENSSL_VERSION: OpenSSL 1.0.2g  1 Mar 2016
FIPS_mode(): 0
FIPS_mode_set(1): 0
FIPS_mode(): 0
SHA1: da39a3ee5e6b4b0d3255bfef95601890afd80709
MD5: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

因此，请确保通过指定 LD_LIBRARY_PATH 加载正确的库！（还有其他方法，但这是最直接的一种）。

如何为使用 Python 打包的 libcrypto 和 libssl 启用 FIPS 模式？

How to enable FIPS mode for libcrypto and libssl packaged with Python?

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