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1、3 数字签名技术,3.1数字签名概述,对文件进行加密只解决了传送信息的保密问题。数字签名则用来解决源鉴别(认证性)、完整性、不可否认(不可抵赖)等问题。本节主要内容：3.1.1 数字签名的基本概念3.1.2 数字签名的特点3.1.3 数字签名的原理3.1.4 数字签名的作用,3.1.1 数字签名的基本概念,数字签名是通过一个单向函数对要传送的信息进行处理得到的用以认证信息来源并核实信息在传送过程中是否发生变化的一个字母数字串。数字签名提供了对信息来源的确定并能检测信息是否被篡改。,3.1.2数字签名的特点,在书面文件上签名是确认文件的一种手段，其作用有两点：第一，因为自己的签名难以否认，从而确
2、认了文件已签署这一事实；第二，因为签名不易仿冒，从而确定了文件是真的这一事实。数字签名与书面文件签名有相同之处，采用数字签名，也能确认以下两点：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。区别：手签是模拟的，易伪造数字签名是基于数学原理的，更难伪造。,3.1.3 数字签名的原理,处理过程：（采用双重加密）（1）使用SHA编码将发送文件加密产生128bit的数字摘要；（2）发送方用自己的专用密钥对摘要再加密，形成数字签名；（3）将原文和加密的摘要同时传给对方；（4）接受方用发送方的公共密钥对摘要解密，同时对收到的文件用SHA编码加密产生同一摘要；（5）将解密后的摘要
3、和收到的文件在接受方重新加密产生的摘要相互对比，如果两者一致，则说明在传送过程中信息没有破坏和篡改。否则，则说明信息已经失去安全性和保密性。,3.1.4 数字签名的作用,能证明：信息是由签名者发送的(认证性)信息自签发后到收到为止未曾做过任何修改(完整性)发送者不能否认其发送过信息及信息的内容(不可否认性)可防止发送者或接收者伪造第三方冒充接收方篡改,3.2常规数字签名方法,3.2.1 RSA数字签名系统 3.2.2 Hash签名 3.2.3 美国数字签名标准（DSA）3.2.4 椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）,3.2.1 RSA数字签名系统,RSA算法中数字签名技术实际上是通过一个哈希函
4、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。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。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、未加密的电子邮件信息中、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。,3.2.2 Hash签名,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
5、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。将一个商务合同的个体内容与签名结合在一起，比合同和签名分开传递，更增加了可信度和安全性。,一个Hash函数满足：H可以作用于一个任意长度的数据块；H产生一个固定长度的输出；H(x)对任意给定的x计算相对容易，无论是软件还是硬件实现；对任意给定码h，找到x满足H(x)=h具有计算不可行性；对任意给定的数据块x，找到满足H(y)=H(x)的yx具有计算不可行性；找到任意数据对(x,y)，满足H(x)=H(y)是计算不可行的。,用Hash函数实验签名的方案如下：发送方X：准备消息M，计算其散列码H(M)，用X的私钥对散列值构成签名Kx-
6、1H(M)，并将消息M及签名Kx-1 H(M)发送给Y接收方Y：对收到的消息M计算用H(M)，利用公钥解密Kx-1H(M)，然后比较Kx Kx-1 H(M)和H(M)，如果Kx Kx-1 H(M)H(M)，则签名得到验证。,3.2.3 美国数字签名标准（DSA）,数字签名算法（Digital Signature Algorithm，DSA）是Schnorr和ElGamal签名算法的变种，由美国国家标准化技术研究院（NIST）和国家安全局共同开发。DSA是基于离散对数的难度。,一、DSA算法参数说明DSA算法中应用了下述参数：p：L bits长的素数。L是64的倍数，范围是512到1024；q：
7、p-1的160bits的素因子；g：g=hp-1 mod p，h满足h 1；x：1x q，x为私钥；y：y=gx mod p，(p,q,g,y)为公钥；H(x)：单向Hash函数。在DSS中选用安全散列算法(Secure Hash Algorithm，SHA)。p,q,g：可由一组用户共享，但在实际应用中，使用公共模数可能会带来一定的威胁。,二、签名及验证协议签名及验证协议如下：P产生随机数k，k q；P计算 r=(gk mod p)mod q和s=(k-1(H(m)+xr)mod q签名结果是(m,r,s)。验证时计算 w=s-1mod q计算u1=(H(m)*w)mod q计算u2=(r*
8、w)mod q计算v=(gu1*yu2)mod p)mod q若v=r，则认为签名有效。,DSA签名和验证,3.2.4 椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）,椭圆曲线的数字签名具有与RSA数字签名和DSA数字签名基本上相同的功能，但实施起来更有效，因为椭圆曲线数字签名在生成签名和进行验证时要必RSA和DSA来得快。椭圆曲线数字签名的速度要比RSA、DSA快，还可以用在一些较小、对资源有一定限制得设备如智能卡（含有微处理器芯片得塑料片）中。,3.3特殊数字签名方法,3.3.1 盲签名,一般数字签名中，总是要先知道文件内容而后才签署，这正是通常所需要的。但有时需要某人对一个文件签名，但又不让他知道文
9、件内容，称为盲签名，它是由Chaum在1983年最先提出的。在选举投票和数字货币协议中会使用到。利用盲变换可以实现盲签名。,利用盲变换可以实现盲签名的基本原理,（1）A取一文件并以一随机值乘之，称此随机值为盲因子（2）A将此盲文件发送给B；（3）B对盲文件签名；（4）A以盲因子除之，得到B对原文件的签名Chaum将盲变换看做是信封，盲文件是对文件加个信封，而去掉盲因子的过程是打开信封的过程。文件在信封中时无人可读，而在盲文件上签名相当于在复写纸信封上签名，从而得到了对起文件（信封内容）的签名。,3.3.2 双联签名,在一次电子商务活动过程种可能同时有两个有联系的消息M1和M2，要对它们同时进行
10、数字签名。例如，一个是送银行B的有关转帐财务明细表，即消息M1，另一个是厂商C的进货清单即消息M2；但要求交送银行B的数字签名不应知道M2，送厂商C的数字签名不应知道M1.MD1=H(M1)MD2=H(M2)MD=H(MD1|MD2)A-BANK：M1|Sig(MD)|MD2A-CUSTMER：M2|Sig(MD)|MD1,团体签名,团体签名具有以下特性：只有该团体内的成员能对消息签名；签名的接收者能够证实消息是该团体的有效签名。签名的接收者不能决定是该团体内哪一个成员签的名；在出现争议时，签名能够被“打开”，以揭示签名者的身份。,采用单向Hash函数，团体签名是容易实现的：A对文件的hash
11、签名。B对文件的hash签名。B将他的签名交给A。A把文件、签名和B的签名发给C。C验证A和B的签名。A和B能同时或顺序地完成和，在C可以只验证其中一人的签名而不用验证另一人的签名。,具有可信仲裁者的团体签名方案,（1）T生成一大批公开密钥/私钥密钥对，并且给团体内每个成员一个不同的唯一私钥表。在任何表中密钥都是不同的（如果团体内有n个成员，每个成员得到m个密钥对，那么总共有n*m个密钥对）（2）T以随机顺序公开该团体所用的公开密钥主表。T保持一个哪些密钥属于谁的秘密记录。（3）当团体成员想对一个文件签名时，他从自己的密钥表随机取一个密钥。（4）当有人想验证签名是否属于该团体时，只需查找对应公
12、钥表并验证签名。（5）当争议发生时，T知道哪个公钥对应于哪个成员。,3.3.4 无可争辩签名,不可争辩签名是在没有签名者自己的合作下不可能验证签名的签名。无可争辩签名是为了防止所签名文件被复制，有利于产权拥有者控制产品的散发。不可争辩签名1989年由Chaum和Antwerpen引入，这类签名有一些特点，适用于某些应用，如电子出版系统，以利于对知识产权的保护。在签名人合作下才可能验证签名，又会给签名者一种机会，在不利于他时可拒绝合作，因而不具有“不可否认性”。不可争辩签名除了一般签名体制中的签名算法和验证算法（或协议）外，还需要第三个组成部分，即否认协议；签名者利用不可争辩签名可向法庭或公众证
13、明一个伪造的签名的确是假的；但如果签名者拒绝参与执行否认协议，就表明签名真的由他签署。,3.3.5 多重签名,一个文件经多个人的私钥签名多重数字签名方案可分为两类：有序多重数字签名方案 广播多重数字签名方案。,数字时间戳,如果在签名时加上一个时间标记，即是有数字时间戳（digital time stamp）的数字签名。时间戳（time-stamp）是一个经加密后形成的凭证文档，它包括三个部分：需加时间戳的文件的摘要（digest）；DTS收到文件的日期和时间；DTS的数字签名。,获得数字时间戳的过程,数字时间戳协议必须具有如下性质：数据本身必须有时间标记，而与它所用的物理媒介无关。不存在哪怕改
14、变文件的1个比特而文件时间戳却没有明显变化的情形。不可能用不同于当前日期和时间的日期和时间来签署文件。,3.4数字签名法律,3.4.1 数字签名法律的内涵 3.4.2 电子签名立法原则 3.4.3 全球电子签名立法特点 3.4.4 我国电子签名立法现状,3.4.1 数字签名法律的内涵,联合国电子商务示范法第7条规定：如法律要求要有一个人签字，则对于一项数据电文而言，倘若情况如下，即满足了该项要求：使用了一种方法，鉴定了该人的身份，并且表明该人认可了数据电文内含的信息；从所有各种情况看来，包括根据任何相关协议，所用方法是可靠的，对生成或传递数据电文的目的来说也是适当的。,3.4.2 电子签名立法
15、原则,一、“技术中立”原则不岐视不同的通信技术，不岐视不同的媒体二、功能等同方法利用功能等同的方法，实现与书面文件的等同的法律地位三、当事人自治原则（合同自由原则）在电子商务范围内，因使用电子通信而引起的法律问题，可以由当事人通过合同的方式解决。受国家法律的制约四、合理性原则签名人、信赖人、PKI机构三方的责、权、利要合理,3.4.3 全球电子签名立法特点,一、迅速 1995年俄罗斯联邦信息法，美国犹他州数字签名法在5年多的时间里，几十个国家、组织和地区制定了相关的法律。二、兼容 三、法律的制定及时有力地推动了电子商务、信息化和相关产业的发展,3.4.4 我国电子签名立法现状,年月日第十届全国人民代表大会常务委员会第十一次会议通过了中华人民共和国电子签名法，年月日起施行,作业,P61，2,6,
