数字签名，数字信封的基本原理
分类： PKI 2009-10-14 10:45 525人阅读 评论(2) 收藏 举报
数字签名，就是通过在数据单元上附加数据，或对数据单元进行秘密变换，从而使接收者可以确认数据来源和完整性。简单说来，数字签名是防止他人对传输的文件进行破坏，以及确定发信人的身份的手段。
        目前的数字签名是建立在公共密钥体制基础上，它是公用密钥加密技术的另一类应用。它的主要方式是：报文的发送方从报文文本中生成一个128位的散列值（又称报文摘要，数字指纹）。发送方用自己的私人密钥对这个散列值进行加密来形成发送方的数字签名。然后，这个数字签名将作为报文的附件和报文一起发送给报文的接收方。报文的接收方首先从接收到的原始报文中计算出128位的散列值，接着再用发送方的公用密钥来对报文附加的数字签名进行解密。如果两个散列值相同、那么接收方就能确认该数字签名是发送方的。通过数字签名能够实现对原始报文的鉴别。采用数字签名，能确认以下两点：第一，信息是由签名者发送的；第二，信息自签发后到收到为止未曾作过任何修改。这样数字签名就可用来防止电子信息因易被修改而有人作伪，或冒用别人名义发送信息。或发出（收到）信件后又加以否认等情况发生。
       应用广泛的数字签名方法主要有三种，即：RSA签名、DSS签名和Hash签名。这三种算法可单独使用，也可综合在一起使用。用RSA或其它公开密钥密码算法的最大方便是没有密钥分配问题（网络越复杂、网络用户越多，其优点越明显）。因为公开密钥加密使用两个不同的密钥，其中有一个是公开的，另一个是保密的。公开密钥可以保存在系统目录内、未加密的信息中、电话黄页（商业电话）上或公告牌里，网上的任何用户都可获得公开密钥。而私有密钥是用户专用的，由用户本身持有，它可以对由公开密钥加密信息进行解密。RSA算法中数字签名技术实际上是通过一个哈希函数来实现的。数字签名的特点是它代表了文件的特征，文件如果发生改变，数字签名的值也将发生变化。不同的文件将得到不同的数字签名。DSS数字签名是由美国国家标准化研究院和国家安全局共同开发的。由于它是由美国政府颁布实施的，主要用于与美国政府做生意的公司，其他公司则较少使用，它只是一个签名系统，而且美国政府不提倡使用任何削弱政府窃听能力的加密软件，认为这才符合美国的国家利益。Hash签名是最主要的数字签名方法，也称之为数字摘要法（Digital Digest）或数字指纹法（Digital Finger Print）。它与RSA数字签名是单独的签名不同，该数字签名方法是将数字签名与要发送的信息紧密联系在一起，它更适合于电子商务活动。
        对电子文件进行数字签名并在网上传输，其技术实现过程大致如下：首先要在网上进行
身份认证，然后再进行签名，最后是对签名的验证。
1. 认证
PKI提供的服务首先是认证，即身份识别与鉴别，确认实体即为自己所声明的实体。认证的前提是甲乙双方都具有第三方CA所签发的证书，认证分单向认证和双向认证。
（1）单向认证是甲乙双方在网上通信时，甲只需要认证乙的身份即可。这时甲需要获取乙的证书，获取的方式有两种，一种是在通信时乙直接将证书传送给甲，另一种是甲向CA的目录服务器查询索取。甲获得乙的证书后，首先用CA的根证书公钥验证该证书的签名，验证通过说明该证书是第三方CA签发的有效证书。然后检查证书的有效期及检查该证书是否已被作废（LRC检查）而进入黑名单。
（2）双向认证。双向认证是甲乙双方在网上通信时，甲不但要认证乙的身份，乙也要认证甲的身份。其认证过程与单向认证过程相同。
 
2. 数字签名与验证过程
网上通信的双方，在互相认证身份之后，即可发送签名的数据电文。数字签名的全过程分两
大部分，即签名与验证。即发方将原文用哈希算法求得数字摘要，用签名私钥对数字摘要加密得数字签名，发方将原文与数字签名一起发送给接受方；收方验证签名，即用发方公钥解密数字签名，得出数字摘要；收方将原文采用同样哈希算法又得一新的数字摘要，将两个数字摘要进行比较，如果二者匹配，说明经数字签名的电子文件传输成功。 
      数字签名原理中定义的是对原文做数字摘要和签名并传输原文，在很多场合传输的原文是要求保密的，要求对原文进行加密的数字签名方法如何实现？这里就要涉及到“数字信封”的概念。“电子信封”基本原理是将原文用对称密钥加密传输，而将对称密钥用收方公钥加密发送给对方。收方收到电子信封，用自己的私钥解密信封，取出对称密钥解密得原文。
其详细过程如下：
（1） 发方A将原文信息进行哈希运算，得一哈希值即数字摘要MD；
（2） 发方A用自己的私钥PVA，采用非对称RSA算法，对数字摘要MD进行加密，即得数字签名DS；
（3） 发方A用对称算法DES的对称密钥SK对原文信息、数字签名SD及发方A证书的公钥PBA采用对称算法加密，得加密信息E；
（4） 发方用收方B的公钥PBB，采用RSA算法对对称密钥SK加密，形成数字信封DE，就好像将对称密钥SK装到了一个用收方公钥加密的信封里；
（5） 发方A将加密信息E和数字信封DE一起发送给收方B；
（6） 收方B接受到数字信封DE后，首先用自己的私钥PVB解密数字信封，取出对称密钥SK；
（7） 收方B用对称密钥SK通过DES签名字符串是什么算法解密加密信息E，还原出原文信息、数字签名SD及发方A证书的公钥PBA；
（8） 收方B验证数字签名，先用发方A的公钥解密数字签名得数字摘要MD；
（9） 收方B同时将原文信息用同样的哈希运算，求得一个新的数字摘要MD’；
（10）将两个数字摘要MD和MD’进行比较，验证原文是否被修改。如果二者相等，说明数据没有被篡改，是保密传输的，签名是真实的；否则拒绝该签名。
这样就做到了敏感信息在数字签名的传输中不被篡改，未经认证和授权的人，看不见原数据，起到了在数字签名传输中对敏感数据的保密作用。
数字签名原理剖析
分类： web PKI 2009-10-14 10:25 120人阅读 评论(0) 收藏 举报
本系列通过通俗易懂的讲解，让您就像读小说一般，轻轻松松就能理解数字签名的基本原理和应用方法（即使您是一个并不精通计算机的企业老总，也能读懂本篇文章）。然后我们再逐步深入技术细节，最后将给出一个在B/S信息系统中使用数字签名的DEMO。
由于数字签名基于非对称加密技术，所以我们需要先啰嗦一下对称加密和非对称加密技术。
对称加密
何谓加密？加密是一种“把数据搞乱掉”的技术。加密技术涉及到4种东东：
明文：可以被人或程序识别的数据。例如一个文本文件、一段歌词、一个Word文档、一首MP3、一个图片文件、一段视频等等。
加密算法：将数据搞乱掉的方法。
密钥（密码）：一个你在进行加密操作时给出的字符串，让加密算法不但把明文“搞乱掉”，而且要乱得“与众不同”。这样即使别人搞到了解密算法，如果没有当初加密时所使用的密码，一样无法进行解密操作。
密文：明文被加密算法和密钥加密后的结果。它看上去就是一堆乱码，没有人或程序能知道它到底表示什么信息。
作为加密的一个实例，我将使用由我杜撰的“景氏替换加密算法”演示一下加密过程。
明文：good good study, day day up.
密钥：google
景氏替换加密算法：将明文中的所有的字母“d”替换成密钥。
密文：将“good good study, day day up.”中的所有字母“d”替换成“google”，就得到密文“googoogle googoogle stugoogley,  googleay googleay up.”。这个密文乱得还可以吧？一般人看了肯定不知道它是什么意思。
那么什么是解密呢？解密就是把密文再变回明文的过程。
例如“景氏替换解密算法”就是：将密文中所有与密钥相同的字符串替换成“d”。
密文：googoogle googoogle stugoogley,  googleay googleay up.
密钥：google
景氏替换解密算法：将密文中所有与密钥相同的字符串替换成“d”。
明文：将“googoogle googoogle stugoogley,  googleay googleay up.”中的所有“google”替换成“d”，就得到了明文“good good study, day day up.”。
您肯定已经注意到了，我们在进行加密和解密时使用的密钥必须是相同的，例如在上例中，加密和解密都必须使用相同的密钥“google”。所以像“景氏替换加密算法”这种就被称为对称加密算法。目前最为流行的对称加密算法是DES和AES，此外，对称加密算法还有IDEA、FEAL、LOKI、Lucifer、RC2、RC4、RC5、Blow fish、GOST、CAST、SAFER、SEAL等。WinRAR的文件加密功能就是使用的AES加密算法。
非对称加密
非对称加密算法是一类与众不同的加密算法，它的密钥不是1个，而是2个（一对），我们先
姑且称它们为密钥K1和密钥K2。非对称加密算法的特点是，如果用密钥K1进行加密，则有且仅有密钥K2能进行解密；反之，如果使用密钥K2进行了加密，则有且仅有密钥K1能进行解密。注意“有且仅有”的意思——如果用密钥K1进行了加密，是不能用密钥K1进行解密的；同样，如果用密钥K2进行了加密，也无法用密钥K2进行解密。这是一个非常重要的特性，至于如何在实际中运用这个特性，请看下文。
我想给Clark传送一个AV小电影，又怕被他的老婆发现......
话说俺得了一个很不错的AV小电影，想通过网络传送给Clark，可是又怕被他的老婆发现（因为Clark的老婆是一个超级黑客，她可以使用sniffer技术截获任何通过网线传送给Clark的数据。别跟我说用VPN，它超出了本文讨论的范围），怎么办呢？对了，我们需要一个“将数据搞乱掉”的技术——加密技术。我先使用WinRAR对小电影进行压缩，然后加上密码“TswcbyyqjsjhfL”（还记得么？WinRAR的文件加密功能使用的是叫作AES的对称加密算法）。接着，将这个加密后的文件通过QQ传送给Clark。然后，兴冲冲地拨打Clark的手机：
“喂？Clark么？好久不见，呵呵......我给你发了个好东东呦，在QQ上，收到没？......密码是TswcbyyqjsjhfL，对，就是天生我才必有用，千金散尽还复来的首字母，第一个和最后一个
字母要大写呦......”
可是，Clark，我是真的不知道你的老婆大人刚刚就在你的身边呀！而且你也知道，我打电话从来都是喜欢很大声的......呜呜呜......
在Clark跪了一夜的搓衣板之后，我们都明白：如果是已经保存在自己硬盘上的文件，使用对称加密技术进行加密是没有问题的；如果是两个人通过网络传输文件，使用对称加密就很危险——因为在传送密文的同时，还必须传送解密密钥。我们需要一个与众不同的加密算法，一个不需要传递解密密钥的加密算法。非对称加密正好可以满足我们的需要。基本思路是这样的：首先，生成一对满足非对称加密要求的密钥对（密钥K1和密钥K2）。然后，将密钥K1公布在网上，任何人都可以下载它，我们称这个已经公开的密钥K1为公钥；密钥K2自己留着，不让任何人知道，我们称这个只有自己知道的密钥K2为私钥。当我想给Clark传送小电影时，我可以用Clark的公钥对小电影进行加密，之后这个密文就连我也无法解密了。这个世界上只有一个人能将密文解密，这个人就是拥有私钥的Clark。
后来......
后来，Clark痛定思痛，决定申请一个数字证书。流程是这样的：首先，登录当地的数字证书
认证中心网站，填表->出示个人有效证件原件和复印件->缴费->等待数字证书认证中心制作数字证书->领取数字证书。如果您的公司需要申请大量的数字证书，还可以与认证中心的销售人员商量，先领取免费的试用版的数字证书供技术人员试用。
后来的后来，我又得到了一本电子版的不良漫画，当然，我又想到了Clark。我先在数字证书认证中心下载了Clark的公钥证书(就是一个含有公钥信息的文件)，使用非对称加密算法对不良漫画进行加密，再将密文通过QQ传送给Clark。然后，我兴冲冲地拨打Clark的手机：
“喂？Clark么？好久不见，呵呵......我给你发了个好东东呦，在QQ上，收到没？......已经用你的公钥加密了。用你的私钥解密就行了^_^”
Clark兴冲冲地插入他的私钥（忘了说了，私钥并不是一个文件，而是一个USB设备，外形就跟U盘一样，至于为什么要这样，下一篇再说），解密，然后开始看漫画，完全没察觉他的老婆大人就在身后......
Clark，俺这个月手头有点紧......
唉，这个月买了太多的书，到月底揭不开锅了。正巧在QQ上遇到了Clark：
1-2-3：“Clark，我需要200两纹银，能否借给我？”
Clark：“没问题。我这就给你转账。请给我一张借条。”
1-2-3：“太谢谢了，我这就用Word写一个借条给你。”
然后，我新建一个Word文档，写好借条，存盘。然后，然后怎么办呢？我不能直接把借条发送给Clark，原因有：
    1. 我无法保证Clark不会在收到借条后将“纹银200两”改为“纹银2000两”。
    2. 如果我赖账，Clark无法证明这个借条就是我写的。
    3. 普通的Word文档不能作为打官司的证据。
好在我早就申请了数字证书。我先用我的私钥对借条进行加密，然后将加密后的密文用QQ发送给Clark。Clark收到了借条的密文后，在数字证书认证中心的网站上下载我的公钥，然后使用我的公钥将密文解密，发现确实写的是“借纹银200两”，Clark就可以把银子放心的借给我了，我也不会担心Clark会篡改我的借条，原因是：
    1. 由于我发给Clark的是密文，Clark无法进行修改。Clark倒是可以修改解密后的借条，但是Clark没有我的私钥，没法模仿我对借条进行加密。这就叫防篡改。
    2. 由于用我的私钥进行加密的借条，有且只有我的公钥可以解密。反过来讲，能用我的公钥解密的借条，一定是使用我的私钥加密的，而只有我才拥有我的私钥，这样Clark就可以证
明这个借条就是我写的。这就叫防抵赖。
    3. 如果我一直赖着不还钱，Clark把我告上了法庭，这个用我的私钥加密过的Word文档就可以当作程堂证供。因为我国已经出台了《中华人民共和国电子签名法》，使数字签名具有了法律效力。
您一定已经注意到了，这个使用我的私钥进行了加密的借条，具有了防篡改、防抵赖的特性，并且可以作为程堂证供，就跟我对这个借条进行了“签名”的效果是一样的。对了，“使用我的私钥对借条进行加密”的过程就叫做数字签名。（由于数字签名算法的速度比较慢，所以在实际对文件签名的过程比上面提到的方法稍稍复杂一些，这个在下一篇再讲）。

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。