

**腾讯云社区技术复盘 · fibemate PQC 平台工程实践系列（三/三）**

## 背景

后量子密码迁移依赖 CBOM（Cryptography Bill of Materials）盘点密码资产。CycloneDX 1.6 引入 `cryptoProperties`，1.7 扩展 `algorithmFamily`、`ellipticCurve`、`parameterSetIdentifier` 等注册表字段。这些字段标注算法族属，是迁移优先级排序的输入。

fibemate 的 CBOM 门禁在 `.github/workflows/ci.yml` 的 cbom job 里运行两条检查：生成器漂移（`scripts/build-cbom.js --check`）与 schema 校验（`tools/validate-cbom.cjs`）。schema 校验通过不代表字段语义完整。一个未被库实现的字段，反序列化时静默丢失，schema 校验依然通过。

## 现象剖析

fibemate 在 `docs/tsa/2026-10/verify_cyclonedx_data_loss.py` 里复现了这个丢失。脚本头注释直接说明实验目的：

```python
"""Reproduce the CycloneDX 1.7 optional-field loss in cyclonedx-python-lib.

Method: hand the library a schema-valid 1.7 document that carries three optional
`algorithmProperties` fields, ask it to parse and re-emit the document, then read
the emitted document back and report which fields survived.

This is the round-trip a tool performs when it ingests a CBOM and hands it on:
no exception, no warning, and a document that still validates - with data gone.
"""
```

一份携带 `algorithmFamily`、`ellipticCurve`、`parameterSetIdentifier` 的 CBOM 经 `cyclonedx-python-lib==11.12.0` 反序列化再序列化，字段消失。schema 校验通过。没有异常，没有告警，文档仍然 valid——**数据没了**。

## 根因定位

`cbom-lens` 在 2026-07-30 的调查里给出了根因证据。对 `cyclonedx-python-lib` 的 `cyclonedx/model/crypto.py` 执行字段搜索，零命中：

```bash
git clone --depth 1 https://github.com/CycloneDX/cyclonedx-python-lib
grep -rn 'algorithmFamily\|ellipticCurve' -- cyclonedx/model/crypto.py
# 零命中
```

三个字段在模型层零出现。该库的 1.7 schema 仍是 `bom-1.7.SNAPSHOT`。`cbom-lens` 的定性：
> A round-trip through the three libraries that do not model the fields therefore loses them. That is a gap in 1.7 coverage, not a bug: they simply have not implemented the fields yet.

这是覆盖率缺口，不是 bug。字段未建模，反序列化路径没有承接它的代码，字段在 round-trip 里丢失。schema 里这些字段是 optional，schema 校验只检查结构合规，不检查字段是否被消费。**丢失不产生报错。**

### PR #1016 的正确定位

`CycloneDX/cyclonedx-python-lib PR #1016` 标题是 `feat(crypto): CBOM model metadata`，由 `qkaiser` 提交，+1714 行。它扩展 CycloneDX 1.7 证书元数据：`serialNumber`、`fingerprint`、`certificateState`、生命周期时间戳、X.509 扩展。**这是上游补齐 1.7 crypto model 的进行中工作，不是修复 `algorithmFamily` 丢失的 bug fix。**

`algorithmFamily` 与 `ellipticCurve` 的建模在 PR #1016 范围之外。截至 2026-07-30，七个公开 CBOM 生产者（cdxgen、sonar-cryptography、cbomkit、cbomkit-theia、cryptobom-forge、cbom4certs、cyclonedx-cli）无一 populate 这两个字段。把 PR #1016 引用为"丢失的根因"不准确。准确表述是：上游 model 仍在补齐，这两个字段的建模尚未覆盖。

## 内部测试的循环论证

`ci.yml` 的 cbom job 注释记录了另一层盲区。CBOM 漂移检查与 schema 校验以前只在 `release.yml` 里运行，PR 阶段不跑。校验器 `tools/validate-cbom.cjs` 用仓库自带的官方 schema（bom-1.6 + spdx + jsf），不是自家解析器。注释写道：**外部参照必须在环路里**。

用自家解析器校验自家产物是循环论证。解析器与生产者共享同一套模型假设，模型层的缺口在两端都存在，校验自然通过。外部参照必须在环路里。但官方 schema 校验只覆盖结构合规，不覆盖字段语义保留。**语义保留需要负控制测试。**

## 工程解法

两条原则重构验证体系。

### 独立 Oracle

schema 校验用仓库自带的官方 CycloneDX schema，不是 fibemate 自己的解析器。`tools/validate-cbom.cjs` 加载官方 schema 做 ajv 校验。官方 schema 是独立 Oracle，它的字段定义不依赖 fibemate 的模型实现。但官方 schema 校验只覆盖结构合规，不覆盖字段语义保留。

### 负控制测试

`AUDIT.md` 第 5 节记录的 claim-evidence 实验设计了五个场景。同一产物同一声明，施加不同篡改，观察两类校验器的差异：

| # | 篡改 | verifact（值级） | verify-evidence（字节+token） |
|---|---|---|---|
| S0 | 无 | exit 0，3 verified | verified，exit 0 |
| S1 | 一个数字变（62→61） | drift，exit 1 | drift，exit 1 |
| S2 | 一字节，数字未动 | exit 0，仍报告成功 | drift，exit 1 |
| S3 | S2 + 摘要列表重写 | exit 0 | drift，exit 1（imprint） |
| S4 | CA 缺失 | — | unverifiable，exit 3 |

**S2 是关键行。** 值级校验器看不到字节级篡改，它不告警，它报告成功。CBOM 的 `algorithmFamily` 丢失属于同类：schema 校验是结构级校验，字段消失不触发它的判红逻辑。

负控制测试的逻辑：故意构造一个已知会丢失字段的输入，验证检测器能否发现。`verify_cyclonedx_data_loss.py` 即此。它写入三个字段，反序列化，断言字段存在。字段消失则测试失败。这是 schema 校验无法替代的。

## 代码落地：verify_cyclonedx_data_loss.py

脚本构造一份 schema-valid 的 1.7 文档，携带三个 optional 字段，让库解析再吐出，逐字段检查存活：

```python
FIELDS = {
    "algorithmFamily": "SHA-3",
    "ellipticCurve": "secp256r1",
    "parameterSetIdentifier": "256",
}

INPUT_JSON = {
    "bomFormat": "CycloneDX",
    "specVersion": "1.7",
    "components": [{
        "type": "cryptographic-asset",
        "cryptoProperties": {
            "assetType": "algorithm",
            "algorithmProperties": dict(FIELDS, primitive="hash"),
        },
    }],
}

def emitted_json(bom) -> dict:
    text = make_outputter(bom, OutputFormat.JSON, SchemaVersion.V1_7).output_as_string()
    props = json.loads(text)["components"][0]["cryptoProperties"]["algorithmProperties"]
    return {k: props.get(k) for k in FIELDS}
```

四条 round-trip 路径全覆盖：JSON→JSON、JSON→XML、XML→JSON、XML→XML。每条路径报告字段是 `kept` 还是 `LOST`：

```python
def report(label, got, lost):
    for field, want in FIELDS.items():
        have = got.get(field)
        ok = have == want
        if not ok:
            lost.append("%s/%s" % (label, field))
        print("  %-10s %-24s %s (got %r)" % (label, field, "kept" if ok else "LOST", have))
```

退出码语义：0 全部存活，1 字段丢失，2 setup error。字段消失时 `lost` 非空，脚本退出码 1。schema 校验用库自带的 `bom-1.7.SNAPSHOT.schema.json`：

```python
def schema_valid(text):
    path = Path(schema_pkg.__file__).parent / "_res" / "bom-1.7.SNAPSHOT.schema.json"
    jsonschema.validate(json.loads(text), json.loads(path.read_text()))
    return "valid"
```

这一步证明：**丢失字段的文档仍然 schema-valid。** 结构与语义的校验分离于此。

## mutation testing 的补充

`AUDIT.md` 第 5 节还记录了对实现层的 mutation testing。两个故意注入的缺陷：

| 注入缺陷 | 结果 |
|---|---|
| `mldsa65_verify_bytes` 恒返回 true | 3 个测试失败 |
| `mlkem768_decapsulate_bytes` 返回密文前缀作为秘密 | 1 个测试失败 |

mutation testing 验证测试集本身的检出（detection）能力。一个未被任何测试捕获的 mutation，意味着该路径存在测试盲区。CBOM 字段丢失的负控制测试是同一逻辑在数据层的应用：**注入已知丢失，验证检测。**

`AUDIT.md` 对一次误导性证据的记录适用于此处：
> A red pipeline that never reaches the tests proves nothing about the tests.

一条从未到达测试步骤的状态合规流水线，不证明任何关于测试的事情。同理，一次从未检查字段保留的 schema 校验，不证明任何关于字段保留的事情。

## 边界声明

负控制测试覆盖已知的丢失模式。它不覆盖：
- 未被构造的未知丢失模式。
- 库版本升级引入的新缺口。
- schema 本身的字段定义错误。官方 schema 是 Oracle，但 Oracle 可能滞后于规范文本。

`algorithmFamily` 的丢失活性在 `cyclonedx-python-lib` 补齐该字段建模后消失。在那之前，任何依赖该库做 CBOM round-trip 的工具链都存在隐式丢失。活性未验证的边界：`cbom-lens` 调查截至 2026-07-30，覆盖 7 个生产者与 6 个库，不构成全局否定。

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**项目仓库**：[github.com/Lennonhaha/fibemate](https://github.com/Lennonhaha/fibemate)
**预印本（方法学）**：Tianhe Liu. Deterministic but Wrong: Why Behavior-Based Tests Miss Structural Errors in Keccak-f Implementations. Zenodo, 2026-10-25. [https://doi.org/10.5281/zenodo.23637405](https://doi.org/10.5281/zenodo.23637405)
**预印本（工程总览）**：Tianhe Liu. Engineering Verification of PQC: A Case Study on Formalizing VWZ in Isabelle/HOL and Supply Chain Integration (CBOM). Zenodo, 2026-10-30. [https://doi.org/10.5281/zenodo.23808518](https://doi.org/10.5281/zenodo.23808518)


后量子密码迁移依赖 CBOM（Cryptography Bill of Materials）盘点密码资产。CycloneDX 1.6 引入 cryptoProperties，1.7 扩展 algorithmFamily、ellipticCurve、parameterSetIdentifier 等注册表字段。这些字段标注算法族属，是迁移优先级排序的输入。

隐式丢失与负控制测试：重构 CycloneDX CBOM 的验证体系

在后量子密码迁移中，CBOM 是盘点资产的第一步。但如果解析器和生产者共享同一套错误假设，校验就变成了循环论证。本文通过复现 CycloneDX 官方库的字段丢失缺陷，详细拆解了如何重构验证体系：引入独立 Oracle 进行结构校验，并设计 S0-S4 的负控制测试矩阵，确保数据在流转中不发生语义丢失。

安全

测试

开发工具

CBOM密码资产盘点中，CycloneDX 1.7可选字段如algorithmFamily经cyclonedx-python-lib往返后静默丢失，schema校验不报错。根因是库模型未覆盖这些字段。解法：采用独立Oracle schema校验与负控制测试，验证字段语义保留，确保工具链不产生隐式数据丢失。

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隐式丢失与负控制测试：重构 CycloneDX CBOM 的验证体系

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