数字签名算法-RSA、DSA、ECDSA、ECDH
数字签名算法介绍和区别
原⽂阅读：
ssl协议全称数字签名是⼀个带有密钥的消息摘要算法，这个密钥包括了公钥和私钥，⽤于验证数据完整性、认证数据来源和抗否认，遵循OSI参考模型、私钥签名和公钥验证。也是⾮对称加密算法和消息摘要算法的结合体，常见的数字签名算法主要有RSA、DSA、ECDSA三种，本⽂对数字签名算法进⾏详细介绍。
Hash⼜译散列、摘要等名，本⽂统⼀称Hash。
1. RSA数字签名算法
RSA是⽬前计算机密码学中最经典算法，也是⽬前为⽌使⽤最⼴泛的数字签名算法，RSA数字签名算法的密钥实现与RSA的加密算法是⼀样的，算法的名称都叫RSA。密钥的产⽣和转换都是⼀样的，包括在售的所有SSL数字证书、代码签名证书、⽂档签名以及邮件签名⼤多都采⽤RSA算法进⾏加密。
RSA数字签名算法主要包括MD和SHA两种算法，例如我们熟知的MD5和SHA-256即是这两种算法中的⼀类，具体如下表格分布
1.1. MD2、MD4、MD5算法
最常见的是我们熟知的MD5加密算法，MD5全称Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5），⽬前⽐较普遍的Hash算法，是散列算法的基础原理，MD5的前⾝有MD2、MD3和MD4。MD5算法法是输⼊任意长度字符，输出固定长度128位的算法。经过程序流程，⽣成四个32位数据，最后联合起来成为⼀个128位Hash值，主要⽅式是通过求余、取余、调整长度、与链接变量进⾏循环运算进⽽得出结果。
1.2. SHA-1算法
SHA-1是由NIST NSA设计为同DSA⼀起使⽤的，SHA-1设计时基于和MD4相同原理，并且模仿了该算法，SHA-1抗穷举(brute-force)性更好，它产出160位的Hash值，对于⾮线性运算、移位和加法运算也与MD5类似。SHA-1也应⽤于包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec等多种协议中，曾被视为是MD5的后继者。SHA-1的如今已经明确不具备安全性可⾔了。
在2016年1⽉1⽇后基于SHA-1签发的SSL和代码签名的X.509证书已不具备安全性可⾔，多个操作系统、浏览器都建议将基于SHA-1⽽签发的证书、代码签名替换⾄SHA-2的产品，但⽬前在Windows XP（官⽅已停更）操作系统上仍然只兼容基于SHA-1算法的SSL和代码签名产品。
就在2017年2⽉23⽇Google宣布实现了对SHA-1算法的碰撞破解，所以SHA-1算法已经正式被宣布为不安全的算法，主流⼚商对⾃⾝产品及安全要求都提升⾄了SHA-2算法。
1.3. SHA-2算法
SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512并称为SHA-2，发布于2001年，⽬前⽐较⼴泛应⽤的SSL数字证书和代码签名证书签名算法均采⽤SHA-256算法，相较于SHA-1算法⽽⾔，⾄今SHA-2算法还未被破解，从某种意义上SHA-2延⽤了SHA-1算法，所以⾄少发⽂时间起是安全的。⽬前顶级CA和Google、苹果等公司都采⽤基于SHA-256算法作为SSL证书和代码签名证书的主流签名算法。
1.4. SHA-3算法
SHA-3算法正式发布于2015年，SHA-3并不是要取代SHA-2，因为SHA-2⽬前并没有出现明显的弱点。由于对MD5、SHA-0和SHA-1出现成功的破解，NIST感觉需要⼀个与之前算法不同的，可替换的加密Hash算法，也就是现在的 SHA-3。
2. DSA数字签名算法
DSA全称Digital Signature Algorithm，DSA只是⼀种算法，和RSA不同之处在于它不能⽤作加密和解密，也不能进⾏密钥交换，只⽤于签名，所以它⽐RSA要快很多，其安全性与RSA相⽐差不多。DSA的⼀个重要特点是两个素数公开，这样，当使⽤别⼈的p和q时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产⽣的，还是作了⼿脚。RSA算法却做不到。
DSA的整个签名算法流程如下：
a. 发送⽅使⽤SHA-1和SHA-2编码将发送内容加密产⽣的数字摘要；
b. 发送⽅⽤⾃⼰的专⽤密钥对摘要进⾏再次加密得到数字签名；
c. 发送⽅将原⽂和加密后的摘要传给接收⽅；
d. 接收⽅使⽤发送⽅提供的密钥对进⾏解密，同时对收到的内容⽤SHA-1/SHA-2编码加密产⽣同样的摘要；
e. 接收⽅再将解密后的摘要和d步骤中加密产⽣的摘要进⾏⽐对，如果两者⼀⾄，则说明传输过程的信息没有被破坏和篡改，否则传输
信息则不安全。
3. ECDSA椭圆曲线数字签名算法
ECDSA是⽤于数字签名，是ECC与DSA的结合，整个签名过程与DSA类似，所不⼀样的是签名中采取的算法为ECC，最后签名出来的值也是分为r,s。⽽ECC（全称Elliptic Curves Cryptography）是⼀种椭圆曲线密码编码学。
ECDH每次⽤⼀个固定的DH key，导致不能向前保密（forward secrecy），所以⼀般都是⽤ECDHE（ephemeral）或其他版本的ECDH算法。ECDH则是基于ECC的DH（ Diffie-Hellman）密钥交换算法。
ECC与RSA 相⽐，有以下的优点：
a. 相同密钥长度下，安全性能更⾼，如160位ECC已经与1024位RSA、DSA有相同的安全强度。
b. 计算量⼩，处理速度快，在私钥的处理速度上（解密和签名），ECC远⽐RSA、DSA快得多。
c. 存储空间占⽤⼩ ECC的密钥尺⼨和系统参数与RSA、DSA相⽐要⼩得多，所以占⽤的存储空间⼩得多。
d. 带宽要求低使得ECC具有⼴泛得应⽤前景。
下表是ECC和RSA安全性⽐较
攻破时间(MIPS年)RSA/DSA(密钥长度)ECC密钥长度RSA/ECC密钥长度⽐1045121065：11087681326：1101110241607：11020204821010：110782100060035：1
下表是RSA和ECC速度⽐较
功能Security Builder 1.2BSAFE 3.0163位ECC(ms)1,023位RSA(ms)密钥对⽣成3.84,708.3签名2.1(ECNRA)228.43.0(ECDSA)认证
9.9(ECNRA)12.710.7(ECDSA)Diffie—Hellman密钥交换7.31,654.0
在 ECDHE 密钥交换中，服务端使⽤证书私钥对相关信息进⾏签名，如果浏览器能⽤证书公钥验证签名，就说明服务端确实拥有对应私钥，从⽽完成了服务端认证。密钥交换和服务端认证是完全分开的。
可⽤于 ECDHE 数字签名的算法主要有 RSA 和 ECDSA，也就是⽬前密钥交换 + 签名有三种主流选择：
RSA 密钥交换（⽆需签名）；
ECDHE 密钥交换、RSA 签名；
ECDHE 密钥交换、ECDSA 签名；
4. 总结
对于SSL数字证书和代码签名证书以及其它⾮对称加密产品来说，RSA⽬前普及度最⾼，以SHA-256签名算法最⼴，对于更⾼级基于ECC 签名算法是需要对证书请求⽂件CSR和根证书都有相应的要求。

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