电子发票中数字签名的提取解析教程

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-11-03 15:26 367阅读 0赞

### 前言 ###

随着电子信息技术的发展与成熟，加上国家的大力推广，电子发票已经开始慢慢取代纸质发票。相比传统的纸质发票，电子发票除了绿色环保，节约成本之外，更重要的是电子发票采取电子签章实现发票签名、电子盖章，具有唯一性、不可抵赖性、防篡改等优点，而且更加容易税务管理。那么，我们平常拿到一张电子发票，应该如何验证它的真伪呢？如何保证它是合法且没有被别人篡改呢？这就需要对电子发票的原理有所了解了。下文将慢慢分析电子发票文件的内部结构，并尝试对电子发票中数字证书及签名进行解析。

### 电子发票的结构 ###

我们收到的电子发票文件后缀名都是.ofd，它的载体就是OFD版式文件，OFD文件我们可以简单认为它就是我们国家自主研发与定义的文件格式，类似于PDF，我们通过winzip或者7zip等解压工具打开，就可以看到它的内部结构。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
从图中可以看到，电子发票主要分为两个体系，一个是内容体系，主要描述发票各个要素承载的信息以及样式；另外一个是签名体系，用于校验发票的正确性。  
这里和验证相关的的文件主要是Signature.xml（签名/签章描述文件）、Seal.esl（电子印章文件）和SignedValue.dat（签名值文件）。

### 电子发票的验证步骤 ###

我们拿到这三个文件需要怎么做呢？最权威的国标文件给出了验证的具体步骤，如图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
好家伙，光验证步骤就有a~h步，其中第d步是验证电子印章的有效性，而这里又是涉及到多个步骤：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
怎么理解这一堆复杂的步骤呢？电子签章和电子印章的区别是什么？  
想象一下我们收到一张发票，应该怎样去验证它的真伪呢？

1.  需要保证电子发票是开票者开具的，文件并没有被篡改过。
2.  需要验证发票上的印章是真实有效的。

上面提到的第1点就是电子签章的验证，第2点就是电子印章的验证。两者缺一不可。  
而无论是电子签章还是电子印章，核心又是对数字签名进行验证，因此，提取文件中的证书文件是关键。下面以电子印章（Seal.esl）为例，介绍一下如何解析里面的内容。

### 电子印章的文件组成 ###

电子印章文件是一个二进制文件，通过文本工具是无法得知里面的内容。实际上，电子印章是以ASN.1格式来存储的。  
ASN.1是什么东西呢？ASN.1是国际电信标准（ITU-T）定义的标准，用来结构化描述证书，ASN.1类似于JSON或者XML这样的数据结构。一般的证书都是通过ASN.1来定义的。  
[https://lapo.it/asn1js/][https_lapo.it_asn1js] 是一个神奇的在线ASN.1解析网站，把Seal.esl丢上去，可以看到电子印章的内容基本都被解析出来了：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
可以看到电子印章文件的大致结构，里面包含了电子印章的一些基础信息，例如印章信息、制章者、签名算法、签名值等。唯一有点遗憾的是无法通过结果得知各个元素的名称与作用，这是由于网站无法知道我们的数据结构是怎样定义的。我们还是要更加深入研究国标中对电子印章的数据结构定义。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
上图是电子印章中印章属性的结构定义，我们可以理解电子印章是在原有数字证书的基础上封装了一些信息，核心还是里面的数字证书Certificate（如下图红框所示），而这个证书与我们平时浏览器上信任的证书是同一个东西。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
通过Java编写程序，我们可以更加定制化地专门解析电子印章的内容，并且能提取出证书的内容，为后面的数字签名验证打下基础。

### 电子印章的解析 ###

目前最主流的java解析ASN.1内容工具是：[bcprov][]，使用方法也相当简单。

<dependency>
       <groupId>org.bouncycastle</groupId>
       <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
       <version>1.68</version>
    </dependency>

@Slf4j
    public class TestAsn1Parser { 
    
        @Test
        public void testData() throws Exception{ 
            // 1. 读取电子印章（Seal.esl）
            ASN1InputStream bin = new ASN1InputStream(new ByteArrayInputStream(IOUtils.toByteArray(AsnParser.class.getResourceAsStream("Seal.esl"))));
            ASN1Primitive obj = bin.readObject();
            DLSequence app = (DLSequence) obj;
    
            // 2. 根据国标定义，找到证书二进制内容的位置
            DEROctetString cert = (DEROctetString) app.getObjectAt(1);
            ASN1InputStream bin2 = new ASN1InputStream(cert.getOctets());
            DLSequence seq = (DLSequence) bin2.readObject();
    
            // 3. 解析证书内容
            Certificate certificate = Certificate.getInstance(seq);
            TBSCertificate tbsCertificate = certificate.getTBSCertificate();
    
            
            // 示例：获取证书内数字签名的主要元素
            log.info("签名算法：{}", certificate.getSignatureAlgorithm().getAlgorithm());
            log.info("签名值：{}", certificate.getSignature());
            TBSCertificate tbsCertificate = certificate.getTBSCertificate();
            log.info("公钥：{}", tbsCertificate.getSubjectPublicKeyInfo().getPublicKeyData());
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]  
例子中只对电子印章中的证书部分进行解析，实际应用中我们可以创建对应的实现来完全映射国标中的数据结构。  
通过上面代码得到电子印章的数字签名信息，包括：

1.  签名算法是1.2.156.10197.1.501（国标中对应的是国密算法：基于SM3的SM2签名）
2.  签名值
3.  公钥

有了上面的信息，接下来要做的事情就简单了，只需对该数字签名进行验证即可。

### 后记 ###

上面介绍的仅仅是电子发票验证的一小部分，由于篇幅有限，除了要对数字签名验证以外，还需要验证证书的有效性，这里又涉及到证书链与CRL相关的验证。而电子印章验证通过后还需进行电子签章的验证。有时间的话将进一步补充介绍后面的步骤。  
电子发票涉及相关的内容较多，包括了OFD、ASN.1和信息安全、密码学等相关知识，特别是相关国家标准较多，需要仔细参考研究其中的描述说明。上面的示例仅作参考，如有错漏，还请见谅。  
By Ryan.ou

#### 参考资料 ####

\[1\] [GB/T 33190-2016 电子文件存储与交换格式 版式文档][GB_T 33190-2016 _]  
\[2\] [GB/T 38540-2020 信息安全技术 安全电子签章密码 技术规范][GB_T 38540-2020 _ _]  
\[3\] [GB/T 20518 2018 信息安全技术 公钥基础设施 数字证书格式][GB_T 20518 2018 _ _]  
\[4\] [OFD开源读写组件][OFD]  
\[5\] [ASN.1在线解析网站][https_lapo.it_asn1js]  
\[6\] [https://blog.csdn.net/weixin\_42497593/article/details/112151171][https_blog.csdn.net_weixin_42497593_article_details_112151171]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221023/24c75dc6c0054b4392a968a9162f2f2e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221023/6fad12b06aa84ec28bba54bae7e4d5d2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221023/5ce2fb4e068b420c94880212dd9f7627.png
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[https_lapo.it_asn1js]: https://lapo.it/asn1js/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221023/f44bdb8f0f054d4ea1f14c7ac7417e5e.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]: /images/20221023/ae7c707d968c4b36910dd410dd81e638.png
[bcprov]: https://github.com/bcgit/bc-java
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3ZpcHNob3BfZmluX2Rldg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]: /images/20221023/53b8439a486643bb892368347f6cb42c.png
[GB_T 33190-2016 _]: http://c.gb688.cn/bzgk/gb/showGb?type=online&hcno=3AF6682D939116B6F5EED53D01A9DB5D
[GB_T 38540-2020 _ _]: http://c.gb688.cn/bzgk/gb/showGb?type=online&hcno=EBF1360C272E40E7A8B9B32ED0724AB1
[GB_T 20518 2018 _ _]: http://c.gb688.cn/bzgk/gb/showGb?type=online&hcno=F7B410A1B0C06206E5FFB0FBFEE82C75
[OFD]: https://github.com/Trisia/ofdrw
[https_blog.csdn.net_weixin_42497593_article_details_112151171]: https://blog.csdn.net/weixin_42497593/article/details/112151171