如何在OpenSSL中使用带密码保护的TPM2句柄式密钥？

我正在开发一个项目，使用Python的tpm2-pytss库生成受TPM保护的私钥，随后尝试通过OpenSSL生成证书。但当密钥设置了密码保护（对应TPM2B_SENSITIVE_CREATE中的userAuth）时遇到问题：OpenSSL在访问TPM句柄时似乎不支持密码输入，会静默失败或抛出模糊错误。

可行操作 #

通过Python和tpm2-pytss生成带有持久化句柄（0x81010000）的TPM密钥对，若不设置密码（无userAuth），可通过以下命令成功生成自签名证书：

openssl req -provider tpm2 -provider default -propquery '?provider=tpm2' \
-new -x509 -subj "/C=xx/O=xx-xx/CN=tpm_protected_ca" \
-key handle:0x81010000 -days 365 -out ca.crt

不可行操作 #

若生成带密码的TPM密钥，OpenSSL无法正常调用该密钥，且似乎无法通过CLI或环境变量提供密码。

密钥生成简化代码 #

from tpm2_pytss import *
from getpass import getpass

tpm = ESAPI()

# Prompt user for password
pwd = getpass("Enter password for TPM key:")
auth = TPM2B_AUTH(pwd.encode())

# Create sensitive struct with userAuth
in_sensitive = TPM2B_SENSITIVE_CREATE(
    TPMS_SENSITIVE_CREATE(userAuth=auth)
)

# Generate secondary key under primary
private_data, public_data, *_ = tpm.create(
    parent_handle=primary_handle,
    in_sensitive=in_sensitive,
    in_public="rsa2048",
    ...
)

secondary_handle = tpm.load(...)
tpm.evict_control(..., persistent_handle=0x81010000)

具体问题 #

1. 是否可通过OpenSSL的TPM2提供者使用带密码保护（即设置了userAuth）的TPM密钥？
2. 若不可行，是否有已知的解决方法（如补丁、配置、外部工具）？或是OpenSSL本身不支持为TPM密钥提供userAuth？

补充信息 #

• TPM：嵌入式Linux（Torizon）环境下的/dev/tpm0
• OpenSSL版本：3.x（支持TPM2提供者）
• Python TPM库：tpm2-pytss
• TPM栈：最新版IBM TSS
• 可通过tpm2_sign命令正常使用带密码的密钥，但OpenSSL存在限制。

1. OpenSSL TPM2提供者支持现状 #

当前OpenSSL 3.x的TPM2提供者原生不支持通过CLI或环境变量为TPM密钥提供userAuth密码。原因是该提供者的密钥加载逻辑未实现接收用户输入密码并传递给TPM进行授权的流程，导致访问受密码保护的TPM密钥时直接失败。

2. 可行解决方法 #

方法一：使用tpm2-tss-engine中间层

tpm2-tss-engine是独立于OpenSSL原生TPM2提供者的引擎，支持为TPM密钥提供密码，操作步骤如下：

• 安装tpm2-tss-engine包（根据Torizon环境选择对应包管理方式）
• 将受密码保护的TPM密钥导出为引擎可识别格式：

  tpm2_createek -c 0x81010000 -G rsa -u ek.pub
  tpm2_createak -C 0x81010000 -G rsa -g sha256 -s rsassa -u ak.pub -r ak.priv -n ak.name -p your_password
  

• 配置OpenSSL使用该引擎，生成证书时通过-passin参数传递密码：

  openssl req -engine tpm2tss -keyform engine -key ak.priv -passin pass:your_password \
  -new -x509 -subj "/C=xx/O=xx-xx/CN=tpm_protected_ca" -days 365 -out ca.crt
  

方法二：临时授权TPM密钥会话

通过tpm2-tools预先建立授权会话，让OpenSSL在会话有效期内无密码访问密钥：

1. 建立授权会话并获取会话句柄：

   tpm2_startauthsession -S session.ctx
   tpm2_policysecret -S session.ctx -c 0x81010000 -p your_password
   

2. 在OpenSSL命令中指定会话上下文：

   OPENSSL_TPM2_SESSION=session.ctx openssl req -provider tpm2 -provider default -propquery '?provider=tpm2' \
   -new -x509 -subj "/C=xx/O=xx-xx/CN=tpm_protected_ca" -key handle:0x81010000 -days 365 -out ca.crt
   

3. 使用完毕后关闭会话：

   tpm2_flushcontext session.ctx
   

方法三：修改OpenSSL TPM2提供者源码（进阶）

若需要原生支持，可修改OpenSSL TPM2提供者代码，添加密码输入逻辑：

• 定位提供者中加载TPM密钥的代码段（通常在prov_tpm2.c等文件中）
• 添加读取命令行参数（如-passin）或环境变量的逻辑，将密码转换为TPM2B_AUTH结构传递给TPM授权调用
• 重新编译OpenSSL并替换现有版本

3. 总结 #

OpenSSL原生TPM2提供者暂不支持带密码的TPM密钥，推荐使用tpm2-tss-engine或临时授权会话的方式解决需求——前者适合长期稳定使用，后者适合临时场景。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Autolab