Usando Assinaturas Digitais para Verificar Integridade de Arquivos Binários no Linux

Introdução

Em um mundo onde dados podem ser interceptados ou alterados, confiança na autenticidade de arquivos recebidos é primordial. Por exemplo, se o Usuário A envia um arquivo binário ao Usuário B via email, como B pode ter certeza de que o arquivo não foi adulterado? Assinaturas digitais (AD) fornecem uma solução confiável ao vincular os dados às credenciais únicas do remetente.

• A assinatura deve ser derivada da mensagem assinada.
• Deve incorporar a informação única do remetente.
• Criação deve ser direta.
• Deve ser computacionalmente inviável forjar.
• O tamanho da assinatura deve permanecer pequeno.

Este artigo demonstra uma implementação prática de AD para verificar a integridade de binários ELF de 64 bits no Linux. A abordagem usa um esquema de assinatura direta (sem árbitro terceirizado) e depende de uma chave privada para assinar e um certificado público para verificação.

Exemplo de Implementação de AD

Implementar a assinatura envolve os seguintes passos:

1. Gerar um hash MD5 do binário de origem.
2. Criar uma chave privada e um certificado público auto-assinado.
3. Assinar o binário:
   • Criptografar o hash MD5 com a chave privada.
   • Armazenar o hash criptografado em uma nova seção .sig do arquivo ELF.
   • Salvar o certificado em ~/.ssh para verificação posterior.

Todo o processo pode ser automatizado usando openssl, objcopy e md5sum. Abaixo está um script de exemplo, sign_elf.sh, que automatiza a assinatura de binários ELF. (O código-fonte sem números de linha aparece ao final deste artigo.)

#!/bin/bash
KEY_DIR="$HOME/.ssh"
PRIVATE_KEY="$KEY_DIR/priv.key"
CERTIFICATE="$KEY_DIR/pub.crt"
SUBJECT="/C=BR/ST=Sao Paulo/L=Sao Paulo/O=MinhaEmpresa/OU=DEV/CN=www.minhaempresa.com"
if [ "$#" = "0" ]; then
  echo "Uso: sign_elf.sh [arquivos ELF]"
  exit 1
fi
[ ! -d "$KEY_DIR" ] && mkdir "$KEY_DIR"
# Gerar chave privada e certificado
openssl req -nodes -x509 -sha256 -newkey rsa:4096 -keyout "$PRIVATE_KEY" -out "$CERTIFICATE" -days 365 -subj "$SUBJECT"
for ELF_BIN in "$@"; do
  ELF_BASE_NAME="${ELF_BIN##*/}"
  ELF_BIN_SIGNATURE="$ELF_BASE_NAME.sha256"
  ELF_BIN_MD5="$ELF_BASE_NAME.md5"
  if [ ! -f "$ELF_BIN" ]; then
    echo "Erro: arquivo não encontrado $ELF_BIN"
    exit 103
  fi
  # Remover seção .sig existente
  objcopy --remove-section=.sig "$ELF_BIN"
  # Adicionar seção .sig de 512 bytes preenchida com zeros
  rm -f dummy.txt
  touch dummy.txt
  truncate --size=512 dummy.txt
  objcopy --add-section .sig=dummy.txt --set-section-flags .sig=noload,readonly "$ELF_BIN"
  # Calcular hash MD5 do binário (com seção .sig)
  md5sum "$ELF_BIN" | awk '{ print $1 }' > "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"
  # Assinar o hash MD5 com a chave privada
  openssl dgst -sha256 -sign "$PRIVATE_KEY" -out "$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"
  # Verificar a assinatura imediatamente (opcional)
  openssl dgst -sha256 -verify <(openssl x509 -in "$CERTIFICATE" -pubkey -noout) -signature "$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"
  # Embutir o hash criptografado na seção .sig
  objcopy --update-section .sig="$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" --set-section-flags .sig=noload,readonly "$ELF_BIN"
  # Exibir conteúdo da seção .sig para inspeção
  objdump -sj .sig "$ELF_BIN"
done
rm -f dummy.txt
ls -ls ~/.ssh

Detalhamento do Script

Linha 19 – Geração do Certificado

openssl req -nodes -x509 -sha256 -newkey rsa:4096 -keyout "$PRIVATE_KEY" -out "$CERTIFICATE" -days 365 -subj "$SUBJECT"

• req cria uma solicitação de assinatura de certificado.
• -nodes produz uma chave privada em texto plano.
• -x509 gera um certificado auto-assinado.
• -sha256 seleciona SHA-256 para hashing.
• -newkey rsa:4096 gera chave RSA de 4096 bits.
• O campo SUBJECT segue formato RFC 5280, ex.: /C=BR/ST=.../CN=....

Após este passo, ~/.ssh/priv.key contém a chave privada e ~/.ssh/pub.crt o certificado. A chave privada criptografa dados; o certificado contém a chave pública necessária para verificação.

Loop sobre arquivos ELF

Cada binário especificado na linha de comando é processado sequencialmente. O script garante que qualquer seção .sig pré-existente seja removida antes de assinar novamente.

Gerenciamento de Seção

• A seção .sig existente é removida com objcopy --remove-section=.sig.
• Um arquivo placeholder de 512 bytes é criado e adicionado como seção .sig somente leitura, não carregável.

Cálculo do Hash

md5sum "$ELF_BIN" | awk '{ print $1 }' > "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"

MD5 é computado sobre o binário, incluindo a seção .sig placeholder, e armazenado em binary_name.md5.

Assinando o Hash

openssl dgst -sha256 -sign "$PRIVATE_KEY" -out "$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"

O hash MD5 é criptografado com a chave privada, produzindo um arquivo de assinatura (ex.: binary_name.sha256).

Verificação (Opcional)

openssl dgst -sha256 -verify <(openssl x509 -in "$CERTIFICATE" -pubkey -noout) -signature "$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" "$KEY_DIR/$ELF_BIN_MD5"

Esta etapa confirma que a assinatura corresponde ao hash usando a chave pública extraída do certificado.

Embutindo a Assinatura

objcopy --update-section .sig="$KEY_DIR/$ELF_BIN_SIGNATURE" --set-section-flags .sig=noload,readonly "$ELF_BIN"

O hash criptografado substitui o placeholder, finalizando o binário ELF assinado.

Executar o script em um conjunto de arquivos ELF produzirá binários assinados que podem ser distribuídos com segurança. O destinatário pode verificar integridade extraindo a seção .sig, descriptografando-a com o certificado público e comparando o hash resultante a um hash recém-computado do arquivo recebido.