В этой статье я расскажу о том, как я решал задачу об интеграции в тестовом режиме с сервисами, которые работают с использованием алгоритмов, определенных ГОСТ Р 34.10-2001 (устарел) и ГОСТ Р 34.10-2012. Приведу примеры некоторых проблем, с которыми столкнулся при решении задачи, дам ссылки на готовое решение и покажу несколько примеров их использования.

Причины

Для начала стоит сказать, что для продакшн-окружения существуют сертифицированные средства от компаний «Криптоком», «Крипто-Про», «Сигнал-КОМ» и других. Мне же нужно было реализовать взаимодействие в тестовом (девелоперском) окружении на Linux, покупать для этого лицензии не очень-то удобно, но что хуже, в открытом доступе отсутствуют документации по этому вопросу. По запросу «https гост» не так много решений. Среди них упоминается использование OpenSSL + Крипто CSP, я не помню деталей, но эта связка у меня не завелась с поддержкой ГОСТ Р 34.10-2012. Другим результатом, который часто встречался, было предложение использовать OpenSSL 1.0, в котором GOST-engine встроен внутрь, но такое решение тоже не содержало в себе поддержку GOST2012-GOST8912-GOST8912.

Рабочим решением оказалась сборка OpenSSL 1.1.0g + вынесенный в отдельно подключаемый динамический движок GOST-engine. В интернете часто встречается упоминание, что некая российская компания приложила усилия по его разработке, но в самом репозитории нет сведений об авторах продукта. Пользуясь случаем, выражаю авторам благодарность за движок в open source. На этой странице сказано, что до OpenSSL 1.1.0 использовался встроенный движок GOST, сейчас для GOST используется сторонний от OpenSSL продукт. Судя по конфигурации, скорее всего, это одна и та же библиотека.

Сборка OpenSSL, GOST-engine, cURL

Сборка стороннего продукта для тех, кто делает это редко, может быть нетривиальной задачей. Для сборки OpenSSL, GOST-engine и cURL пришлось разобраться с кучей опций и перепробовать несколько комбинаций версий. Если в Dockerfile вы заметите странное, то, скорее всего, это осталось от таких экспериментов.

Я зафиксировал все версии проектов для сборки, чтобы исключить ситуацию, что из-за обновления что-то перестанет работать. Например, я собирал OpenSSL 1.1.0h + GOST-engine и команда openssl ciphers не содержала GOST-алгоритмов, хотя openssl engine показывала GOST-engine в списке. Указав предыдущую версию OpenSSL 1.1.0g, все работало, как ожидалось. Это было очень странно, я повторил это еще раз, потом пытался выяснить причины, но в итоге решил остаться на 1.1.0g.

Собирая сам GOST-engine, я не сразу обратил внимание на наличие файла INSTALL.md в master-ветке, потому что собирал из ветки openssl_1_1_0 по неизвестно откуда взятой документации. Та версия собиралась с кастомной сборкой OpenSSL командой

cmake -DCMAKE_C_FLAGS='-I/usr/local/ssl/include -L/usr/local/ssl/lib' ..

Но master-ветка так собираться перестала, появились ошибки об отсутствии DOPENSSL_ROOT_DIR и подобное. В итоге решение было найдено и зафиксировано.

Для сборки cURL с кастомной сборкой OpenSSL гораздо больше документации, тем не менее, документация успевала устаревать, и с опциями пришлось много экспериментировать.
Результат работы выложен здесь.
Образ запушен в Docker Hub.

Примеры использования OpenSSL + GOST-engine

Не буду сильно вдаваться в подробности работы с докер-образами, лишь приведу одну команду для начала работы внутри образа:

docker run --rm -i -t rnix/openssl-gost bash

Для начала можно убедиться, что алгоритмы GOST2012-GOST8912-GOST8912 и GOST2001-GOST89-GOST89 есть в списке поддерживаемых:

openssl ciphers

Если вам известен хост, который работает по HTTPS на основе ГОСТ-алгоритмов, то посмотреть его сертификат и попробовать подключиться можно командой:

openssl s_client -connect gost.example.com:443 -showcerts

Создать закрытый ключ и сертификат по ГОСТ Р 34.10-2012:

openssl req -x509 -newkey gost2012_256 -pkeyopt paramset:A -nodes -keyout key.pem -out cert.pem

Подписать файл ранее созданными сертификатами:

openssl cms -sign -signer cert.pem -inkey key.pem -binary -in file.txt -nodetach -outform DER -nocerts -noattr -out signed.sgn

Извлечь содержимое подписанного файла, сертификатом, который был подписан самим собой:

openssl cms -verify -in signed.sgn -certfile cert.pem -CAfile cert.pem -inform der -out data.txt

С подписями самих сертификатов все немного сложнее. Пока мне не попался сервис, у которого сертификат выдан доверенным центром сертификации. Обычно, требуется дополнительно указывать сертификат удостоверяющего центра при работе с выданными им сертификатами. Это можно сделать глобально для системы (в образе), либо явно указывать в каждой команде.

Программа cURL в использовании не изменилась, просто поддерживает хосты с ГОСТ-сертификатами.

Использование образа в работе с языками программирования

Если язык программирования позволяет исполнять установленные в системе программы, то задача использования ГОСТ-алгоритмов проще всего решается копированием бинарников собранных openssl и curl в конце Dockerfile языка программирования с использованием multi-stage build. Например:

FROM rnix/openssl-gost AS openssl-gost

# Replace with any other image based on Debian x86_64
FROM debian:stretch-slim

COPY --from=openssl-gost /usr/local/ssl /usr/local/ssl
COPY --from=openssl-gost /usr/local/ssl/bin/openssl /usr/bin/openssl
COPY --from=openssl-gost /usr/local/curl /usr/local/curl
COPY --from=openssl-gost /usr/local/curl/bin/curl /usr/bin/curl
COPY --from=openssl-gost /usr/local/bin/gostsum /usr/local/bin/gostsum
COPY --from=openssl-gost /usr/local/bin/gost12sum /usr/local/bin/gost12sum

Даже необязательно копировать в /usr/bin, это можно сделать в любой каталог, а затем вызывать из вашей программы, передав полный путь и все аргументы.

Поддержка ГОСТ-алгоритмов в PHP

PHP, конечно, позволяет делать вызовы системных команд, используя, например, exec. Но, глядя на то, как собирается PHP-FPM в Dockerfile, мне показалось, что можно легко собрать PHP с кастомными сборками OpenSSL и cURL. Как оказалось дальше, я ошибся, что это легко. Всё равно собрал.

По какой-то причине, я начал с PHP-FPM 7.1. Идея была в том, чтобы использовать multi-stage build. Для этого надо заменить в их Dockerfile инструкцию FROM на мою FROM rnix/openssl-gost AS openssl-gost, затем прописать копирования собранных openssl и curl до начала сборки самого php и, наконец, указать в опции сборки путь до этих библиотек --with-openssl-dir=/usr/local/ssl и --with-curl=/usr/local/curl заменив оригинальные.

Сюрпризы ждали отовсюду. Одним из значительных было то, что при сборки php 7.1 используется pkg-config, а явная установка libcurl4-openssl-dev, libssl-dev прописывали в pkg-config версии из пакетов. В результате собиралось не то, что нужно. Если убрать их установку, то /configure php падал, ссылаясь на отсутствие openssl в pkg-config. Пришлось дополнительно копировать из кастомных сборок openssl и curl их lib/pkgconfig /*. После десятков таких сюрпризов сборка начала проходить. Дальше выяснилось, что зависимости устанавливали openssl, тем самым перезатирая ранее скопированный бинарник моей кастомной сборки. Пришлось дополнительно копировать его в самом конце. Но это не всё.

В собранном php появились алгоритмы хешей openssl_get_md_methods(): GOST R 34.11-2012 with 256 bit hash, GOST R 34.11-2012 with 512 bit hash, GOST R 34.11-94. Это значило, что php подключил GOST-engine. А вот использование расширения curl в php почему-то говорило, что таких алгоритмов не знает, соединяясь с хостом по GOST-HTTPS. Я потратил несколько часов, пытаясь найти причину этого. Я смотрел исходники, как устроено расширение curl в php, как устроен сам curl, как они связываются с openssl. Я искал место, где могут определяться поддерживаемые алгоритмы или подключатся движки. Я искал по master-веткам, много гуглил, но ничего, что решило бы сразу проблему, не нашел. Тогда я вспомнил, что я собираю не последнюю версию PHP.

Я попробовал собрать PHP-FPM 7.2. Пришлось внести некоторые правки в мой скрипт корректировки оригинального Dockerfile PHP-FPM, но сборка начала проходить без большого количества сюрпризов. Главной новостью стало то, что теперь расширение curl внутри php умело общаться по ГОСТ-алгоритмам с хостами, но была одна неприятность. Каждый вызов php писал в stdout GOST engine already loaded. Очень неприятно. Я не сразу понял, кто это делает, но такую строчку нашел в исходниках GOST-engine. Я до сих пор не знаю, в какой части системы случилась ошибка: php, php-curl, curl, openssl. Но, видимо, в php 7.1 php-curl не подключал движок совсем, теперь в php 7.2 начал подключать его дважды. Так как все работало корректно, только был вывод, я решил его убрать правкой исходника инструкцией в Dockerfile:

sed -i 's|printf("GOST engine already loaded\\n");|goto end;|' gost_eng.c

Там строчкой ниже уже есть goto end;, поэтому ничего серьезного я не сделал. Зато, пересобрав весь зоопарк, все начало работать, как и хотелось.
Образ с PHP-FPM + OpenSSL + GOST + cURL запушен в Docker Hub.

Поддержка ГОСТ-сертификатов в nginx

Возможность работать из языков программирования это уже много, но хотелось еще две возможности:

1. Легко поднимать свой веб-сервер с ГОСТ-сертификатом по HTTPS (TLS).
2. Легко проксировать все запросы на хост с ГОСТ-сертификатом

Легко – это означает докер-образ. Его нужно создать. Для этого нужно в Dockerfile собрать nginx с кастомным OpenSSL и GOST-engine. Открыв документацию сборки nginx, я увидел одну опцию о ssl — --with-http_ssl_module, которая просто булева. Но nginx популярный продукт, инструкций по сборке с openssl много, поэтому я нашел еще опцию --with-openssl=[DIR]. Как показала практика, nginx хочет, чтобы здесь были исходники openssl, а сборкой скрипты nginx займутся сами. Это не совсем то, что я хотел бы (я хотел использовать multi-stage build). Я ознакомился с help-выводом сборщика nginx, но ничего, что мне там помогло бы, я не нашел.

Пришлось дублировать инструкции выкачивания исходников OpenSSL, распаковки, сборки GOST-engine, включения GOST-engine в конфиги. Всё это начало собираться, но поддержки ГОСТ-алгоритмов в nginx все ещё не было. Это я проверял указанием в конфиге ssl_ciphers GOST2001-GOST89-GOST89:HIGH:MEDIUM;. Выполнение nginx -t говорило, что не знает этого алгоритма.

Как оказалось, openssl, собранный nginx, не поддерживал динамические движки, т.е. ./Configure выводил no-dynamic-engine [forced]. Здесь пришлось внимательно почитать документацию сборки OpenSSL, чтобы выяснить, что проставило forced. Причина нашлась в аргументах сборки openssl, которые вызывал nginx, а именно no-shared. Если это указано, то нет никаких флагов, чтобы включить поддержку загрузки движков. Пришлось править инструкцию сборки:

sed -i 's|--prefix=$ngx_prefix no-shared|--prefix=$ngx_prefix|' auto/lib/openssl/make

Всё это собралось, но nginx начал ругаться, что не может найти gost.so по пути /usr/lib/x86_64-linux-gnu/, это довольно странно, потому что тот же собранный openssl ищет и находит движки совсем в другом месте, а именно там, где и собирался ./lib/engines-1.1. Добавил инструкцию копирования собранных движков в /usr/lib/x86_64-linux-gnu/, чтобы угодить nginx. Заработало.

Рядом с основным Dockerfile в репозитории я положил демонстрационный Dockerfile, который при сборке создает себе ГОСТ-сертификаты и использует их, обрабатывая соединения на https://gost.example.com. Придется поработать с DNS или docker network, чтобы из одного контейнера попробовать подключится к этому демонстрационному, но все это я описал в документации.
Демонстрационный хост использует ключи по gost2001, другие варианты это gost2012_256, gost2012_512. А вместо GOST2001-GOST89-GOST89 — GOST2012-GOST8912-GOST8912.
Образ с nginx + GOST запушен в Docker Hub: https://hub.docker.com/r/rnix/nginx-gost/

Заключение

Мной изучена проблема работы с ГОСТ-алгоритмами в системах Linux, предоставлено решение в виде docker-образов, все это сопровождено документацией и примерами. Решение оформлено в виде репозитория на GitHub.

Стоит сказать о безопасности использования такого решения. Главное, не стоит доверять образам на Docker Hub, даже если там написано Automated Build. Я все равно могу собрать образ с любыми правками всех используемых библиотек и систем и запушить его в свой Docker Hub под любым тегом. Поэтому рекомендую форкать репозиторий на гитхабе, пулить его себе и уже самостоятельно собирать, проверив инструкции в Dockerfile на наличие того, что используются только официальные ресурсы без подозрительных модификацией по ходу сборки.

Собирая образ самостоятельно, вы можете убедиться, что в код не попали злонамеренные правки, потому что сборка происходит только из открытого кода, который доступен для просмотра всем желающим. Тем не менее, это не гарантирует, что в нем нет ошибок и уязвимостей. Использование проприетарных сертифицированных средств так же не гарантирует отсутствие ошибок и уязвимостей, но к тому же их код от вас закрыт.

Ссылки

1. Репозиторий со всеми решениями на GitHub
2. Образ на Docker Hub с OpenSSL + GOST + cURL
3. ГОСТ Р 34.10-2012 на Википедии со списком сертифицированных решений
4. Репозиторий GOST-engine
5. О возможностях и ограничениях GOST-engine
6. Пример того, как решают вопрос в продакшн-окружении