《数字签名技术应用》PPT课件
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由于商情的千变万化，交易一旦达成是不能被否认的。否则必 然会损害一方的利益。再如订购黄金，订货时金价较低，但收到订单 后，金价上涨了，如果供货方能否认收到订单的实际时间，甚至否认 收到订单的事实，则订货方就会蒙受损失。因此电子交易通信过程的 各个环节都必须是不可否认的。 5)信息传递的不可重放性
如在日常生活中，A向B借了钱，同时写了一张借条给B；当A还 钱的时候，肯定要向B索回他写的借条撕毁，不然，恐怕他会再次挟 借条要求A再次还钱。在数字签名中，如果采用了对签名报文添加流 水号、时戳等技术，可以防止重放攻击。
21
7.2.3 数字签名算法
1)签名过程
对于给定的k，消息m的签名定义如下： sig(m，k)=(y，s)
其中 y = (gk mod p)mod q s = (k-1(MD5(m)+ay)mod q
杂凑函数MD5用于把可变长度的消息m转变为一个160比特的消 息摘要，然后再用数字签名方案对它进行签名。
3)安全性分析
由于DSA是基于有限域上离散对数问题，出于短期安全性考虑要 求域Zp的素数p的长度至少为1024比特，而考虑到长期安全性则要求 其长度至少为2048比特。
23
7.2.3 数字签名算法
签名算法
Rivest、shamir和Adleman于1978年提出了RSA数字签名和公钥算 法，这是第一个较完善的公开密钥算法，它既能用于加密也能用于数 字签名，而认证过程相当于保密过程的逆过程。
(1)H能够应用到大小不一的数据上； (2)H对任何输入报文数据生成固定长度的输出； (3)对于任意给定的x，H(x)的计算相对简单； (4)对于任意给定的h，要发现满足H(x)=h的x在计算上是不可行的； (5)要发现满足H(x)=H(y)的(x，y)对在计算上是不可行的。 由于消息摘要函数比对称加密算法的速度还快，因此有着广泛 的应用。消息摘要函数是数字签名和消息识别码(MAC)的基础。
16
7.2.2 数字签名原理
2.接收方验证过程
接收方B接收到发送方Ａ的签名消息后，对Ａ的签名消息进行验证的 过程如下： (1)将消息中的原消息与数字签名分离出来
17
7.2.2 数字签名原理
(2)使用A的公钥数字签名原理
(3)利用与发送方A相同的散列函数重新计算原消息的摘要
11
7.2.2 数字签名原理
为了实现网络环境下的身份鉴别、数据完整性认证和抗否认的 功能，数字签名应满足以下要求： (1)签名者发出签名的消息后，就不能再否认自己所签发的消息； (2)接收者能够确认或证实签名者的签名，但不能否认； (3)任何人都不能伪造签名； (4)第三方可以确认收发双方之间的消息传送，但不能伪造这一过程， 这样，当通信的双方关于签名的真伪发生争执时，可由第三方来解决 双方的争执。
《数字签名技术应用》PPT课件
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主要内容
1
7.1数字签名概述
2
7.2数字签名技术原理
3
7.3数字证书
4
7.4认证中心CA
2
数字签名的含义
1.什么是电子签名
电子签名指数据电文中以电子形式所含、所附用于识别签名人 身份并表明签名人认可其中内容的数据。通俗地说，电子签名就是 通过密码技术对电子文档的电子形式的签名，并非是书面签名的数 字图像化，它类似于手写签名或印章，也可以说它就是电子印章。
7
数字签名的作用与用途
2.数字签名的用途
数字证书的用途很广泛，它可以用于方便快捷安全地发送电子 邮件、访问安全站点、网上招标投标、网上签约、网上订购、网上公 文的安全传送、网上办公、网上缴费、网上缴税、网上购物等安全电 子事务处理和安全电子交易活动。
在网络应用中，数字签名比手工签字更具优越性，数字签名是 进行身份鉴别与网上安全交易的通用实施技术。当然，网络环境还有 很多其他威胁，要由其他专门技术解决，如防火墙技术、反病毒技术、 入侵检测技术等。在网络应用中，凡是要解决伪造、抵赖、冒充、篡 改与身份鉴别的问题，都可运用数字签名来处理。
在已提出的公开密钥算法中，RSA是最容易理解和实现的，这个 算法也是最流行的。RSA算法以它的三个发明者Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman的名字命名。
RSA的安全性建立在大整数素因子分解困难的基础之上，其数字 签名算法类似于RSA密码算法，该算法的描述详见本书节。RSA数字 签名算法可以描述如下：
电子签名主要有三个作用： (1)证明文件的来源，即识别签名人； (2)表明签名人对文件内容的确认； (3)构成签名人对文件内容正确性和完整性负责的根据。与传统 商务活动中的签名盖章作用相同，具有同样的法律效力。
3
数字签名的含义
2.什么是数字签名
数字签名只有信息的发送者才能产生，别人无法伪造的一段数 字串，它同时也是对发送者发送的信息的真实性的一个证明。
12
7.2.2 数字签名原理
对于一个典型的数字签名体系而言，它必须包含2个重要的组成 部分：即签名算法(Signature Algorithm)和验证算法(Verification Algorithm)。为了满足上述4点要求，数字签名体系必须满足2条基本 假设：
(1)签名密钥是安全的，只有其拥有者才能使用； (2)使用签名密钥是产生数字签名的唯一途径。
ISO 7498-2标准对数字签名是这样定义的：附加在数据单元上的 一些数据，或是对数据单元所做的密码变换，这种数据或变换允许数 据单元的接收者用以确认数据单元来源和数据单元的完整性，并保护 数据，防止被人(如接收者)伪造。
4
数字签名发展状况
随着国际互联网的发展，电子商务已经逐渐成为人们进行商务 活动的新模式。电子商务从产生至今虽然时间不长，但发展十分迅速。 电子商务的发展前景及其带来的影响，已经引起世界各国政府和企业 的广泛关注和积极参与。但是，由于电子商务交易平台的虚拟性和匿 名性，其安全问题也变得越来越突出，电子签名技术的应用及其立法 为电子商务安全运行提供了重要保障。
p是一个素数，满足2L-1<p<2L，其中512≤L≤1024，L是64的倍 数。
q是一个160比特的素数并且能够整除p-1。 g=h(p-l)/q mod p，其中h是任意满足1<h<p-1的整数，并且使得 h(p-l)/q mod p>l，即g的阶是q mod p。 β=ga mod p，其中a是随机或者伪随机生成的整数且满足0<a<q。 k是随机或者伪随机生成的整数且满足０<k<q。把p，q，g和β公 开而保密a和k。对每一次签名都应该生成一个新的k值。
19
7.2.2 数字签名原理
(4)比较解密后获得的消息摘要A与重新计算产生的消息摘要B，若相等则 说明消息在传输过程中没有被篡改，否则消息不可靠。
20
7.2.3 数字签名算法
签名算法
DSA(Digital Signature Algorithm)是Schnorr和ElGamal签名算法的变 种。EIGamal方案基于有限域上的离散对数问题。DSA中涉及的参数可 以描述如下：
目前使用的消息摘要函数有：MD2、MD4、MDS、HMAC、SHA、 SHA-1。
10
7.2.2 数字签名原理
数字签名技术是结合消息摘要函数和公钥加密算法的 具体加密应用技术。数字签名(Digital Signature)指一个用 自己的非对称密码算法(如：RSA算法)私钥加密后的信息 摘要，附在消息后面；别人得到这个数字签名及签名前的 信息内容，使用该用户分发的非对称密码算法公钥，就可 以检验签名前的信息内容在传输过程或分发过程中是否己 被篡改并且可以确认发送者的身份。
9
消息摘要
2.常用算法
(1)MD5(Message Digest Algorithm-5)算法是由设计的，在RFC1321 中描述。MD5按512位数据块为单位来处理输入，产生128位的消息摘 要。
(2)SHA：(Secure Hash Algorithm)算法是由NIST开发，并在1993年 作为信息处理标准公布。SHA与MD5的设计原理相似，同样也按512位 数据块为单位来处理输入，但它产生160位的消息摘要，具有比MD5 更强的安全性。
24
7.2.3 数字签名算法
1)签名过程
消息m的签名sig(m)通过下面的计算生成 sig(m)=(h(m))e mod n
其中h(m)是消息摘要，它由消息m通过密码学中的杂凑函数(如 MD5)得到。
2)验证过程
验证算法ver(m，y)力以消息m和签名y为输入，定义如下： ver(m，y)=真，等价于h(m)≡yd mod n
13
7.2.2 数字签名原理
1.发送方签名过程
发送方Ａ创建数字签名的过程如下： (1)为保证签名的速度，A先将原文进行单向HASH运算生成定长的消息 摘要A
14
7.2.2 数字签名原理
(2)利用自己的私钥加密消息摘要得到数字签名A，并将数字签名附在原 消息后面
15
7.2.2 数字签名原理
(3)通讯时用户A将自己的原文和签名文一起通过网络送给通讯对方即用 户B
22
7.2.3 数字签名算法
2)验证过程
设ver(m，y，s)是验证算法，它以上述定义的消息m和y，s为输 入。签名的验证通过下面的计算来完成：
w = s-1 mod q d1 = (MD5(m)* w)mod q d2 = (y *w)mod q v=((gd1*βd2)mod p)mod q 若v=y，则ver(m，y，s)的输出为真，否则为假。 消息m的签名是有效的当且仅当ver(m，y，s)的输出为真。如果 ver(m，y，s)的输出为假，则说明或者消息m被篡改，或者该签名不 是签名者的合法签名。
6
数字签名的作用与用途
3)数据交换的完整性 交易的文件是不能被修改的。举个例子，比如订购黄金。供货
方在收到订单后，发现金价大幅上涨了，如果它能改动订单内容，将 订购数1吨改为1克，则可大幅受益，而订货方就会因此而蒙受损失。 因此电子交易文件也要做到不可修改，以保障交易的严肃性和公正性。 4)发送信息的不可否认性
5
数字签名的作用与用途
1.数字签名的作用
1)信息传输的保密性 交易中的商务信息均有保密的要求。如果信用卡的帐号和用户
名被别人获悉，就可能被盗用：订货和付款的信息被竞争对手获悉， 就可能丧失商机，因此在电子商务的信息传播中一般都有加密的要求。 2)交易者身份的可鉴别性
网上交易的双方很可能素昧平生，相隔千里。对于商家要确认 客户端不是骗子，而客户也要相信网上的商店不是一个玩弄欺诈的黑 店，因此能方便而可靠地确认对方的身份是网上交易的前提。为顾客 或用户开展服务的银行、信用卡公司和销售商店，为了做到安全、保 密、可靠地开展服务活动，都需要进行身份认证的工作。对有关的销 售商店来说，他们不知道顾客的信用卡号码，只能把信用卡的确认工 作完全交给银行来完成。银行和信用卡公司可以采用各种保密与识别 方法来确认顾客的身份是否合法、确认订货和订货收据信息同时还要 注意防止发生拒付款等问题。
8
消息摘要
1.消息摘要含义
在信息安全技术中经常需要验证消息的完整性，消息摘要函数 (Message Digest)就提供了这一服务。它是一种散列(Hash)变换，能对 不同长度的输入信息产生固定长度的输出即一个单独的128256位的大 数。这个大数称为原消息的“消息摘要”或“散列”。一个安全的散 列函数H具有以下的属性：
数字签名是目前电子商务、电子政务中应用最普遍、技术最成 熟、可操作性最强的一种电子签名方法。所谓"数字签名"就是通过某 种密码运算生成一系列符号及代码组成电子密码进行签名，来代替书 写签名或印章。它采用了规范化的程序和科学化的方法，用于鉴定签 名人的身份以及对一项电子数据内容的认可。它还能验证出文件的原 文在传输过程中有无变动，确保传输电子文件的完整性、真实性和不 可抵赖性。
其中，(e，n)为公钥，(d，n)为私钥。 验证算法使用了签名者的公钥，所以任何人都可以验证一个签 名；然而由于签名需要签名者的私钥，故只有签名者本人才能产生有 效的签名。
25
7.2.3 数字签名算法
3)安全性分析
正如RSA密码体制的情形一样，素数p和q应该足够大，使得对于 给定了它们的乘积n，如果事先不知道p或者q，分解n是计算上不可行 的。对于短期安全性，n的长度至少应该为1024比特，而长期安全性 则要求n至少为2048比特。
如在日常生活中，A向B借了钱，同时写了一张借条给B；当A还 钱的时候，肯定要向B索回他写的借条撕毁，不然，恐怕他会再次挟 借条要求A再次还钱。在数字签名中，如果采用了对签名报文添加流 水号、时戳等技术，可以防止重放攻击。
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7.2.3 数字签名算法
1)签名过程
对于给定的k，消息m的签名定义如下： sig(m，k)=(y，s)
其中 y = (gk mod p)mod q s = (k-1(MD5(m)+ay)mod q
杂凑函数MD5用于把可变长度的消息m转变为一个160比特的消 息摘要，然后再用数字签名方案对它进行签名。
3)安全性分析
由于DSA是基于有限域上离散对数问题，出于短期安全性考虑要 求域Zp的素数p的长度至少为1024比特，而考虑到长期安全性则要求 其长度至少为2048比特。
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7.2.3 数字签名算法
签名算法
Rivest、shamir和Adleman于1978年提出了RSA数字签名和公钥算 法，这是第一个较完善的公开密钥算法，它既能用于加密也能用于数 字签名，而认证过程相当于保密过程的逆过程。
(1)H能够应用到大小不一的数据上； (2)H对任何输入报文数据生成固定长度的输出； (3)对于任意给定的x，H(x)的计算相对简单； (4)对于任意给定的h，要发现满足H(x)=h的x在计算上是不可行的； (5)要发现满足H(x)=H(y)的(x，y)对在计算上是不可行的。 由于消息摘要函数比对称加密算法的速度还快，因此有着广泛 的应用。消息摘要函数是数字签名和消息识别码(MAC)的基础。
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7.2.2 数字签名原理
2.接收方验证过程
接收方B接收到发送方Ａ的签名消息后，对Ａ的签名消息进行验证的 过程如下： (1)将消息中的原消息与数字签名分离出来
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7.2.2 数字签名原理
(2)使用A的公钥数字签名原理
(3)利用与发送方A相同的散列函数重新计算原消息的摘要
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7.2.2 数字签名原理
为了实现网络环境下的身份鉴别、数据完整性认证和抗否认的 功能，数字签名应满足以下要求： (1)签名者发出签名的消息后，就不能再否认自己所签发的消息； (2)接收者能够确认或证实签名者的签名，但不能否认； (3)任何人都不能伪造签名； (4)第三方可以确认收发双方之间的消息传送，但不能伪造这一过程， 这样，当通信的双方关于签名的真伪发生争执时，可由第三方来解决 双方的争执。
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主要内容
1
7.1数字签名概述
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7.2数字签名技术原理
3
7.3数字证书
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7.4认证中心CA
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数字签名的含义
1.什么是电子签名
电子签名指数据电文中以电子形式所含、所附用于识别签名人 身份并表明签名人认可其中内容的数据。通俗地说，电子签名就是 通过密码技术对电子文档的电子形式的签名，并非是书面签名的数 字图像化，它类似于手写签名或印章，也可以说它就是电子印章。
7
数字签名的作用与用途
2.数字签名的用途
数字证书的用途很广泛，它可以用于方便快捷安全地发送电子 邮件、访问安全站点、网上招标投标、网上签约、网上订购、网上公 文的安全传送、网上办公、网上缴费、网上缴税、网上购物等安全电 子事务处理和安全电子交易活动。
在网络应用中，数字签名比手工签字更具优越性，数字签名是 进行身份鉴别与网上安全交易的通用实施技术。当然，网络环境还有 很多其他威胁，要由其他专门技术解决，如防火墙技术、反病毒技术、 入侵检测技术等。在网络应用中，凡是要解决伪造、抵赖、冒充、篡 改与身份鉴别的问题，都可运用数字签名来处理。
在已提出的公开密钥算法中，RSA是最容易理解和实现的，这个 算法也是最流行的。RSA算法以它的三个发明者Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman的名字命名。
RSA的安全性建立在大整数素因子分解困难的基础之上，其数字 签名算法类似于RSA密码算法，该算法的描述详见本书节。RSA数字 签名算法可以描述如下：
电子签名主要有三个作用： (1)证明文件的来源，即识别签名人； (2)表明签名人对文件内容的确认； (3)构成签名人对文件内容正确性和完整性负责的根据。与传统 商务活动中的签名盖章作用相同，具有同样的法律效力。
3
数字签名的含义
2.什么是数字签名
数字签名只有信息的发送者才能产生，别人无法伪造的一段数 字串，它同时也是对发送者发送的信息的真实性的一个证明。
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7.2.2 数字签名原理
对于一个典型的数字签名体系而言，它必须包含2个重要的组成 部分：即签名算法(Signature Algorithm)和验证算法(Verification Algorithm)。为了满足上述4点要求，数字签名体系必须满足2条基本 假设：
(1)签名密钥是安全的，只有其拥有者才能使用； (2)使用签名密钥是产生数字签名的唯一途径。
ISO 7498-2标准对数字签名是这样定义的：附加在数据单元上的 一些数据，或是对数据单元所做的密码变换，这种数据或变换允许数 据单元的接收者用以确认数据单元来源和数据单元的完整性，并保护 数据，防止被人(如接收者)伪造。
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数字签名发展状况
随着国际互联网的发展，电子商务已经逐渐成为人们进行商务 活动的新模式。电子商务从产生至今虽然时间不长，但发展十分迅速。 电子商务的发展前景及其带来的影响，已经引起世界各国政府和企业 的广泛关注和积极参与。但是，由于电子商务交易平台的虚拟性和匿 名性，其安全问题也变得越来越突出，电子签名技术的应用及其立法 为电子商务安全运行提供了重要保障。
p是一个素数，满足2L-1<p<2L，其中512≤L≤1024，L是64的倍 数。
q是一个160比特的素数并且能够整除p-1。 g=h(p-l)/q mod p，其中h是任意满足1<h<p-1的整数，并且使得 h(p-l)/q mod p>l，即g的阶是q mod p。 β=ga mod p，其中a是随机或者伪随机生成的整数且满足0<a<q。 k是随机或者伪随机生成的整数且满足０<k<q。把p，q，g和β公 开而保密a和k。对每一次签名都应该生成一个新的k值。
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7.2.2 数字签名原理
(4)比较解密后获得的消息摘要A与重新计算产生的消息摘要B，若相等则 说明消息在传输过程中没有被篡改，否则消息不可靠。
20
7.2.3 数字签名算法
签名算法
DSA(Digital Signature Algorithm)是Schnorr和ElGamal签名算法的变 种。EIGamal方案基于有限域上的离散对数问题。DSA中涉及的参数可 以描述如下：
目前使用的消息摘要函数有：MD2、MD4、MDS、HMAC、SHA、 SHA-1。
10
7.2.2 数字签名原理
数字签名技术是结合消息摘要函数和公钥加密算法的 具体加密应用技术。数字签名(Digital Signature)指一个用 自己的非对称密码算法(如：RSA算法)私钥加密后的信息 摘要，附在消息后面；别人得到这个数字签名及签名前的 信息内容，使用该用户分发的非对称密码算法公钥，就可 以检验签名前的信息内容在传输过程或分发过程中是否己 被篡改并且可以确认发送者的身份。
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消息摘要
2.常用算法
(1)MD5(Message Digest Algorithm-5)算法是由设计的，在RFC1321 中描述。MD5按512位数据块为单位来处理输入，产生128位的消息摘 要。
(2)SHA：(Secure Hash Algorithm)算法是由NIST开发，并在1993年 作为信息处理标准公布。SHA与MD5的设计原理相似，同样也按512位 数据块为单位来处理输入，但它产生160位的消息摘要，具有比MD5 更强的安全性。
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7.2.3 数字签名算法
1)签名过程
消息m的签名sig(m)通过下面的计算生成 sig(m)=(h(m))e mod n
其中h(m)是消息摘要，它由消息m通过密码学中的杂凑函数(如 MD5)得到。
2)验证过程
验证算法ver(m，y)力以消息m和签名y为输入，定义如下： ver(m，y)=真，等价于h(m)≡yd mod n
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7.2.2 数字签名原理
1.发送方签名过程
发送方Ａ创建数字签名的过程如下： (1)为保证签名的速度，A先将原文进行单向HASH运算生成定长的消息 摘要A
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7.2.2 数字签名原理
(2)利用自己的私钥加密消息摘要得到数字签名A，并将数字签名附在原 消息后面
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7.2.2 数字签名原理
(3)通讯时用户A将自己的原文和签名文一起通过网络送给通讯对方即用 户B
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7.2.3 数字签名算法
2)验证过程
设ver(m，y，s)是验证算法，它以上述定义的消息m和y，s为输 入。签名的验证通过下面的计算来完成：
w = s-1 mod q d1 = (MD5(m)* w)mod q d2 = (y *w)mod q v=((gd1*βd2)mod p)mod q 若v=y，则ver(m，y，s)的输出为真，否则为假。 消息m的签名是有效的当且仅当ver(m，y，s)的输出为真。如果 ver(m，y，s)的输出为假，则说明或者消息m被篡改，或者该签名不 是签名者的合法签名。
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数字签名的作用与用途
3)数据交换的完整性 交易的文件是不能被修改的。举个例子，比如订购黄金。供货
方在收到订单后，发现金价大幅上涨了，如果它能改动订单内容，将 订购数1吨改为1克，则可大幅受益，而订货方就会因此而蒙受损失。 因此电子交易文件也要做到不可修改，以保障交易的严肃性和公正性。 4)发送信息的不可否认性
5
数字签名的作用与用途
1.数字签名的作用
1)信息传输的保密性 交易中的商务信息均有保密的要求。如果信用卡的帐号和用户
名被别人获悉，就可能被盗用：订货和付款的信息被竞争对手获悉， 就可能丧失商机，因此在电子商务的信息传播中一般都有加密的要求。 2)交易者身份的可鉴别性
网上交易的双方很可能素昧平生，相隔千里。对于商家要确认 客户端不是骗子，而客户也要相信网上的商店不是一个玩弄欺诈的黑 店，因此能方便而可靠地确认对方的身份是网上交易的前提。为顾客 或用户开展服务的银行、信用卡公司和销售商店，为了做到安全、保 密、可靠地开展服务活动，都需要进行身份认证的工作。对有关的销 售商店来说，他们不知道顾客的信用卡号码，只能把信用卡的确认工 作完全交给银行来完成。银行和信用卡公司可以采用各种保密与识别 方法来确认顾客的身份是否合法、确认订货和订货收据信息同时还要 注意防止发生拒付款等问题。
8
消息摘要
1.消息摘要含义
在信息安全技术中经常需要验证消息的完整性，消息摘要函数 (Message Digest)就提供了这一服务。它是一种散列(Hash)变换，能对 不同长度的输入信息产生固定长度的输出即一个单独的128256位的大 数。这个大数称为原消息的“消息摘要”或“散列”。一个安全的散 列函数H具有以下的属性：
数字签名是目前电子商务、电子政务中应用最普遍、技术最成 熟、可操作性最强的一种电子签名方法。所谓"数字签名"就是通过某 种密码运算生成一系列符号及代码组成电子密码进行签名，来代替书 写签名或印章。它采用了规范化的程序和科学化的方法，用于鉴定签 名人的身份以及对一项电子数据内容的认可。它还能验证出文件的原 文在传输过程中有无变动，确保传输电子文件的完整性、真实性和不 可抵赖性。
其中，(e，n)为公钥，(d，n)为私钥。 验证算法使用了签名者的公钥，所以任何人都可以验证一个签 名；然而由于签名需要签名者的私钥，故只有签名者本人才能产生有 效的签名。
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7.2.3 数字签名算法
3)安全性分析
正如RSA密码体制的情形一样，素数p和q应该足够大，使得对于 给定了它们的乘积n，如果事先不知道p或者q，分解n是计算上不可行 的。对于短期安全性，n的长度至少应该为1024比特，而长期安全性 则要求n至少为2048比特。