密钥用途和算法

每个 Cloud Key Management Service 密钥都有其相应用途，用于定义密钥的加密功能。用途还确定密钥的各版本支持哪些算法。各个算法都定义了每个加密操作必须使用哪些参数。每个密钥还具有相应保护级别，以指示加密操作是在软件或硬件安全模块 (HSM) 中执行。

密钥用途

Cloud KMS 为以下场景提供了相应密钥用途：

情况 密钥用途 (SDK) 密钥用途 (API) 支持的方法
对称加密 encryption ENCRYPT_DECRYPT cryptoKeys.encrypt、cryptoKeys.decrypt
原始对称加密 raw-encryption RAW_ENCRYPT_DECRYPT cryptoKeys.rawEncrypt、cryptoKeys.rawDecrypt
非对称签名 asymmetric-signing ASYMMETRIC_SIGN cryptoKeyVersions.asymmetricSign、cryptoKeyVersions.getPublicKey
非对称加密 asymmetric-encryption ASYMMETRIC_DECRYPT cryptoKeyVersions.asymmetricDecrypt、cryptoKeyVersions.getPublicKey
MAC 签名 mac MAC cryptoKeyVersions.macSign、cryptoKeyVersions.macVerify

创建密钥时，可以定义该密钥的用途和算法。您可以在创建新密钥版本时更改算法，具体取决于其用途。用途无法进行改变。

具有相同用途的两个密钥可以使用不同的基础算法，但它们必须支持同一组加密操作。

对称加密算法

ENCRYPT_DECRYPT 密钥用途可启用对称加密。具有密钥用途 ENCRYPT_DECRYPT 的所有密钥都使用 GOOGLE_SYMMETRIC_ENCRYPTION 算法。此算法不使用任何参数。此算法使用 256 位高级加密标准 (AES-256) 密钥（采用伽罗瓦计数器模式 (GCM)），使用 Cloud KMS 内部元数据进行填充。

非对称签名算法

ASYMMETRIC_SIGN 密钥用途可启用非对称签名。具有密钥用途 ASYMMETRIC_SIGN 的密钥使用不同的算法，具体取决于密钥是否支持椭圆曲线签名或 RSA 签名。

对于具有用途 ASYMMETRIC_SIGN 的密钥，您可以通过该算法在不同大小的密钥和不同的签名方案之间切换。

椭圆曲线签名算法

椭圆曲线签名算法的格式如下

EC_SIGN_[ELLIPTIC_CURVE]_[DIGEST_ALGORITHM]

其中

  • [ELLIPTIC_CURVE] 是椭圆曲线
  • [DIGEST_ALGORITHM] 是摘要算法

下表列出了具有 ASYMMETRIC_SIGN 用途的椭圆曲线密钥的可能算法。在 gcloud 命令中使用小写的算法名称，而在 Cloud Key Management Service API 中使用大写的名称。

算法 (SDK) 算法 (API) 说明
ec-sign-ed25519 EC_SIGN_ED25519 EdDSA on the Curve25519 (PureEdDSA) 模式，它会将原始数据（而不是经过哈希处理的数据）作为输入
ec-sign-p256-sha256 **（推荐）** EC_SIGN_P256_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 P-256 曲线上的 ECDSA
ec-sign-p384-sha384 EC_SIGN_P384_SHA384 具有 SHA-384 摘要的 P-384 曲线上的 ECDSA
ec-sign-secp256k1-sha256 EC_SIGN_SECP256K1_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 Secp256k1 曲线上的 ECDSA

RSA 签名算法

RSA 签名算法的格式如下

RSA_SIGN_[PADDING_ALGORITHM]_[MODULUS_BIT_LENGTH]_[DIGEST_ALGORITHM]

其中

  • [PADDING_ALGORITHM] 是填充算法
  • [MODULUS_BIT_LENGTH] 是密钥的位长度
  • [DIGEST_ALGORITHM] 是摘要算法

请注意，某些算法的格式为

RSA_SIGN_RAW_[PADDING_ALGORITHM]_[MODULUS_BIT_LENGTH]

并省略摘要算法。这些算法是 PKCS #1 签名的一种变体，省略了对 DigestInfo 的编码。在变体中：

  • 系统会针对将签名的消息计算摘要
  • PKCS #1 填充会直接应用于摘要
  • 使用 RSA 私钥计算已填充的摘要的签名

下表列出了具有 ASYMMETRIC_SIGN 用途的 RSA 密钥的可能算法。在 gcloud 命令中使用小写的算法名称，而在 Cloud Key Management Service API 中使用大写的名称。

算法 (SDK) 算法 (API) 说明
rsa-sign-pss-2048-sha256 RSA_SIGN_PSS_2048_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 RSASSA-PSS 2048 位密钥
rsa-sign-pss-3072-sha256 （推荐） RSA_SIGN_PSS_3072_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 RSASSA-PSS 3072 位密钥
rsa-sign-pss-4096-sha256 RSA_SIGN_PSS_4096_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 RSASSA-PSS 4096 位密钥
rsa-sign-pss-4096-sha512 RSA_SIGN_PSS_4096_SHA512 具有 SHA-512 摘要的 RSASSA-PSS 4096 位密钥
rsa-sign-pkcs1-2048-sha256 RSA_SIGN_PKCS1_2048_SHA256 具有 2048 位密钥和 SHA-256 摘要的 RSASSA-PKCS1 v1_5
rsa-sign-pkcs1-3072-sha256 RSA_SIGN_PKCS1_3072_SHA256 具有 3072 位密钥和 SHA-256 摘要的 RSASSA-PKCS1 v1_5
rsa-sign-pkcs1-4096-sha256 RSA_SIGN_PKCS1_4096_SHA256 具有 4096 位密钥和 SHA-256 摘要的 RSASSA-PKCS1 v1_5
rsa-sign-pkcs1-4096-sha512 RSA_SIGN_PKCS1_4096_SHA512 具有 4096 位密钥和 SHA-512 摘要的 RSASSA-PKCS1 v1_5
rsa-sign-raw-pkcs1-2048 RSA_SIGN_RAW_PKCS1_2048 无编码的 RSASSA-PKCS1-v1_5 签名，具有 2048 位密钥
rsa-sign-raw-pkcs1-3072 RSA_SIGN_RAW_PKCS1_3072 无编码的 RSASSA-PKCS1-v1_5 签名，具有 3072 位密钥
rsa-sign-raw-pkcs1-4096 RSA_SIGN_RAW_PKCS1_4096 无编码的 RSASSA-PKCS1-v1_5 签名，具有 4096 位密钥

对于概率签名方案 (PSS)，使用的盐长度等于摘要算法的长度。例如，RSA_SIGN_PSS_2048_SHA256 使用盐长度为 256 位的 PSS。另外，对于 PSS，算法名称中指定的摘要算法也用于掩码生成函数 (MGF1)。例如，如果您使用的是 RSA_SIGN_PSS_2048_SHA256，则将提交要签名的数据的 SHA-256 哈希值，Cloud KMS 将在内部使用 SHA-256 作为计算签名时 MGF1 的哈希算法。

非对称加密算法

ASYMMETRIC_DECRYPT 密钥用途可启用 RSA 加密。ASYMMETRIC_DECRYPT 算法的格式如下

RSA_DECRYPT_[PADDING_ALGORITHM]_[MODULUS_BIT_LENGTH]_[DIGEST_ALGORITHM]

其中

  • [PADDING_ALGORITHM] 是填充算法
  • [MODULUS_BIT_LENGTH] 是密钥的位长度
  • [DIGEST_ALGORITHM] 是摘要算法

下表列出了用途为 ASYMMETRIC_DECRYPT 的 RSA 密钥的可能算法。在 gcloud 命令中使用小写的算法名称，而在 Cloud Key Management Service API 中使用大写的名称。

算法 (SDK) 算法 (API) 说明
rsa-decrypt-oaep-2048-sha1 RSA_DECRYPT_OAEP_2048_SHA1 具有 SHA-1 摘要的 RSAES-OAEP 2048 位密钥
rsa-decrypt-oaep-2048-sha256 RSA_DECRYPT_OAEP_2048_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 RSAES-OAEP 2048 位密钥。
rsa-decrypt-oaep-3072-sha1 RSA_DECRYPT_OAEP_3072_SHA1 具有 SHA-1 摘要的 RSAES-OAEP 307 位密钥
rsa-decrypt-oaep-3072-sha256 （推荐） RSA_DECRYPT_OAEP_3072_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 RSAES-OAEP 3072 位密钥。
rsa-decrypt-oaep-4096-sha1 RSA_DECRYPT_OAEP_4096_SHA1 具有 SHA-1 摘要的 RSAES-OAEP 4096 位密钥
rsa-decrypt-oaep-4096-sha256 RSA_DECRYPT_OAEP_4096_SHA256 带有 SHA-256 摘要的 RSAES-OAEP 4096 位密钥
rsa-decrypt-oaep-4096-sha512 RSA_DECRYPT_OAEP_4096_SHA512 带有 SHA-512 摘要的 RSAES-OAEP 4096 位密钥

所有这些算法都使用具有掩码生成函数 MGF1 的最优非对称加密填充 (OAEP)。MGF1 需要摘要算法。在 Cloud KMS 中，要与 MGF1 搭配使用的摘要函数将在密钥算法名称中进行指定。例如，如果您使用的是 RSA_DECRYPT_OAEP_3072_SHA256 算法，则在加密数据时应当将 SHA-256 和 MGF1 搭配使用。

MAC 签名算法

MAC 密钥用途可启用对称 MAC 签名。密钥用途为 MAC 的密钥目前仅支持 HMAC 签名。

HMAC 签名算法

HMAC 签名算法的格式如下

HMAC_[HASH_ALGORITHM]

其中

  • [HASH_ALGORITHM] 是哈希算法

下表列出了用途为 MAC 的密钥当前可用的 HMAC 算法。在 gcloud 命令中使用小写的算法名称，在 Cloud Key Management Service API 中使用大写的算法名称。

算法 (SDK) 算法 (API) 说明
hmac-sha1 HMAC_SHA1 具有 SHA-1 摘要的 HMAC
hmac-sha224 HMAC_SHA224 具有 SHA-224 摘要的 HMAC
hmac-sha256 （推荐） HMAC_SHA256 具有 SHA-256 摘要的 HMAC
hmac-sha384 HMAC_SHA384 具有 SHA-384 摘要的 HMAC
hmac-sha512 HMAC_SHA512 具有 SHA-512 摘要的 HMAC

算法建议

对于数字签名，建议使用椭圆曲线签名算法。EC_SIGN_P256_SHA256 是推荐的椭圆曲线算法。如果要使用 RSA 签名算法，推荐使用的 RSA 签名算法为 RSA_SIGN_PSS_3072_SHA256。

对于非对称加密，推荐使用 RSA_DECRYPT_OAEP_3072_SHA256 算法。

对于 MAC 签名，建议使用 HMAC_SHA256。

如需查看要与 gcloud CLI 搭配使用的受支持算法值的列表，请执行以下操作： 请参阅 --default-algorithm。

保护级别

保护级别指示加密操作的执行方式。创建密钥后，无法更改其保护级别。

保护级别 说明
SOFTWARE 在软件中执行加密操作。
HSM 在 HSM 中执行加密操作。
外部 使用存储在外部密钥管理器中的密钥（通过互联网连接到 Google Cloud）来执行加密操作。限制为对称加密和非对称签名。
EXTERNAL_VPC 使用存储在通过 Virtual Private Cloud (VPC) 连接到 Google Cloud 的外部密钥管理器中的密钥执行加密操作。限制为对称加密和非对称签名。

SOFTWARE 或 HSM 保护级别的密钥均支持所有密钥用途。