数字签名的原理及其应用

心已赠人 2022-05-29 12:43 208阅读 0赞

> 版权申明】非商业目的注明出处可自由转载  
> 博文地址：[https://blog.csdn.net/ShuSheng0007/article/details/79674177][https_blog.csdn.net_ShuSheng0007_article_details_79674177]  
> 出自：shusheng007

### 文章目录 ###

*  概述
 *  用途
 *  原理
 *   *  非对称加密
     *  数字摘要
     *  签名过程

# 概述 #

我们日常都亲自签过各种名，例如你和你的公司签订劳动合同时候会签上你自己的名字。那这个签名有什么用呢？对于公司来说就是将来开除你的时候可以让你**不可抵赖**。当然合同条款都是不允许涂改的，不然就得重写，这个用来保证合同的**不可伪造**性。

数字签名和这个类似，是用来保证一段信息**不可伪造**而且使这段信息产生者**不可抵赖**。  
例如小明和二狗互不相识，碰巧在各自家里组局打王者荣耀，小明总抢二狗的蓝爸爸，二狗怒了，直接问候了小名妈妈：“**xx妈**”。假设二狗对这个信息加了**数字签名**。走到哪里大家都会知道是二狗骂了小明“**xx妈**”，无论二狗如何狡辩说信息不是他发的，或者说他发的不是“**xx妈**”而是其他的。

# 用途 #

保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生。

# 原理 #

要理解数字签名的原理，必须先要对**非对称加密**与**数字摘要**这两种技术有所了解，不然无法进行。因为数字签名就是对这两种技术的实际应用。

## 非对称加密 ##

非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(public key)和私有密钥(private key)。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。  
非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是:  
1 A生成一对密钥并将其公钥向B公开;  
2 B使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给A  
3 A接到信息后用自己的私钥对加密后的信息进行解密。

例如大名鼎鼎的**RSA**非对称加密算法。

## 数字摘要 ##

**数字摘要**是将任意长度的消息变成固定长度的短消息。数字摘要就是采用单向`Hash`函数将需要加密的明文“摘要”成一串固定长度的密文，这一串密文又称为数字指纹，不同的明文摘要成密文，其结果总是不同的(严格意义上说存在相同的几率，因为有可能发生哈希碰撞)，而同样的明文其摘要必定一致。

例如**MD5** **SHA1**、**SHA256**、**SHA384**、**SHA512** 等都是摘要算法，被破解难度由左到右逐渐升高。

## 签名过程 ##

假设**A**向**B**发送信息 **H**，**B**现在持有**A**的公钥

签名  
A对要发送的信息**H**做数字签名并发送  
1.**A**将要发送的信息H使用摘要算法（例如SHA256）生成消息摘要M。  
2.**A**将M用自己的私钥加密生成数字签名 S.  
3.**A**将消息H与数字签名S一起发送给**B**  
解签名  
B接收到信息后需要解签名拿到确认拿到正确的信息  
1.**B**用**A**的公钥对接到的数字签名S2解密获得了消息摘要M2  
2.**B**使用相同的摘要算法（例如SHA256）将收到的信息H2生成消息摘要M3  
3.**B**对比M2与M3，如果相同说明消息是从A发过来的，而且没有被篡改。

整个过程如下图所示  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NodVNoZW5nMDAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
那么以上过程是如何保证信息的**不可伪造**与**不可抵赖**这两个特性的呢？

*  保证不可伪造原理  
    数字签名通过**数字摘要**来保证信息的不可伪造性，因为接收者**B**会使用相同的摘要算法提取接收到信息的**消息摘要**，然后和接收到的消息摘要做对比，消息摘要算法保证了不同的原始信息的消息摘要一定不同，所以只要发现消息摘要不同即可判定信息被纂改了。
 *  保证不可抵赖原理  
    数字签名通过**非对称加密**来保证信息的不可抵赖性，因为接收者**B**是使用发送方**A**的公钥对消息摘要做的解密，而消息摘要是经过发送发方**A**私钥加密的，而公私钥是成对的，所以只要验证成功（说明钥匙对上了）即可判定消息就是**A**发的。  
    当然我们的前提是假设**B**持有了**A**的公钥，那么**B**如何确定无疑的获得**A**的公钥也是一个大课题，当前大家采用了数字证书来解决这一问题，有机会再详细述说。

是不是很神奇，数字签名被广泛应用在了HTTPS协议，区块链等技术上。

[https_blog.csdn.net_ShuSheng0007_article_details_79674177]: https://blog.csdn.net/ShuSheng0007/article/details/79674177
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NodVNoZW5nMDAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220529/1498fec0354547e8bb520252f079b6b5.png