电子商务安全第二章
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数字签名的使用
数字签名与手写签名的区别
• 手写签名－模拟的，因人而异 • 数字签名－0和1的字符串，因消息而异
30
2.4 数字签名技术
2.4.2 RSA数字签名
简化的RSA数字签名：
31
2.4 数字签名技术
2.4.2 RSA数字签名
用散列函数进行的RSA数字签名：
32
2.4 数字签名技术
2.4.3 美国数字签名标准算法
第2章 信息安全技术
目录
2.1 信息安全概述 2.2 信息传输中的加密方式 2.3 对称加密与不对称加密 2.4 数字签名技术 2.5 密钥管理技术 2.6 验证技术
2
引例——网银的三种加密认证方式
为什么数字证书是最安全的方式？它所采用 的技术是怎样实现安全保障的？除了这些技术， 还需要哪些技术来保障信息安全？
例：明文（记做m）为“important”，Key=3， 则密文（记做C）则为“LPSRUWDQW”。
12
例 2：将字母倒排序，见表 2。 表2 明文字母 密文字母 a Z b Y o L 字母倒排序 c X p K d W q J e V r I f U s H g T t G h S u F i R v E j Q w D k P x C l O y B m N z A
3
http://www.spdb.com.cn/chpage/c1/#
4
http://ebank.spdb.com.cn/per2008/per_ho wtochose_08.html
5
2.1 信息安全概述
信息安全问题与信息安全技术：
安全问题 机密性 完整性 验证 不可否认性 访问控制 安全目标 信息的保密 探测信息是否被篡改 验证身份 不能否认信息的发送、 接收及信息内容 只有授权用户才能访问 加密 数字摘要 数字签名，提问－应答， 口令，生物测定法 数字签名，数字证书，时 间戳 防火墙，口令，生物测定 法
11
例 1：Caesar（恺撒）密码，见表 1。 表1 明文字母 密文字母 明文字母 密文字母 Caesar（恺撒）密码表 a b D E n o Q R c F p S d e G H f I g J h i j k l m K L M N O P
q r s t u v w x y z T U V W X Y Z A B C
8
9
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
对称加密 对称加密算法 信息验证码
2.3.2 不对称加密系统
公开密钥加密 RSA算法
加密与验证模式的结合
2.3.3 两种加密方法的联合使用
10
2.3对称加密与不对称加密
所谓加密，就是用基于数学方法的程序 和保密的密钥对信息进行编码，把计算机数 据变成一堆杂乱无章难以理解的字符串，也 就是把明文变成密文。
明文
Dk1
明文
结点
Ek2
Dk2
结点 3 解密设备
结点 1 加密设备 ATM网络加密
E 卫星通信加密 k
密文
Eki 为加密变换，Dki 为解密变换 2 密文 密文
Dk
明文
E 为加密变换，D 2.2.2 加密方式的选择策略 为解密变换
k k
多个网络互联环境下：端－端加密 链路数不多、要求实时通信、不支持端－端加密远程调用通信场合： 链路－链路加密 链路较多，文件保护、邮件保护、支持端－端加密的远程调用、实时 性要求不高：端－端加密 需要防止流量分析的场合：链路－链路加密和端－端加密组合
15
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
2.对称加密算法
• 数据加密标准（DES）(Data Encryption Standard)
1977年成为标准; 64bit的数据块，56bit的密钥
• 高级加密标准（AES）
目标是替代DES。128bit的数据块，128、192、256bit的密钥
公开密钥接收方 明文 发送方 密文 Internet 私有密钥接收方 密文 明文 接收方
21
老张的私有密匙
老张的公开密匙
鉴 别 保 密
密文
老张
密文
小李
老张
小李的公开密匙 小李的私有密匙
小李
22
2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统
2.RSA算法
• 1997，麻省理工，Ronald Rivest、Adi Shamir、 Leonard Adleman • 可逆的公开密钥加密系统 • 通过一个称为公共模数的数字来形成公开密钥， 公共模数是通过两个形成私人密钥的两个质数 的乘数来获得的。
密钥的生命周期
• 密钥建立（包括生成密钥和发布密钥） • 密钥备份/恢复或密钥的第三者保管 • 密钥替换/更新 • 密钥吊销 • 密钥期满/终止（其中可能包含密钥的销毁或归档）
36
2.5密钥管理技术
2.5.2 RSA密钥传输
用RSA密钥传输来加密电子邮件：
明文的 内容
37
2.5密钥管理技术
2.5.3 Diffie-Hellman 密钥协议
• 基于离散对数问题
• 单项不可逆的公开密钥系统
• 验证过程中对资源的处理要比RSA更彻底
2.4.4 椭圆数字签名算法
• 利用离散对数 • 一种运用RSA和DSA来实施数字签名的方法
• 在生成签名和进行验证时比RSA和DSA快
33
2.4 数字签名技术
2.4.5 特殊数字签名算法
盲签名
多重签名
代理签名 定向签名
• 三重DES:
利用2个或3个密钥，加密的过程是：加密-解密-加密
• Rivest 密码
RC2、 RC4、 RC5、 RC6等
3.信息验证码（MAC）
• MAC也称为完整性校验值或信息完整校验 • 常用生成MAC的方法：
– 基于散列函数的方法 – 基于对称加密的方法
16
The EFF's US$250,000 DES cracking machine contained over 1,800 custom chips and could brute force a DES key in a matter of days — the photo shows a DES Cracker circuit board fitted with 32 Deep Crack chips
双联签名
团体签名 不可争签名
34
2.5 密钥管理技术
2.5.1 密钥管理概述 2.5.2 RSA密钥传输 2.5.3 Diffie-Hellman 密钥协议 2.5.4 公开密钥的分发
35
2.5密钥管理技术
2.5.1 密钥管理概述
密钥都有时间期限，因为：
• 攻击者可以使用数学分析方法来进行密码分析从而破解加密系统， 攻击者获得大量有效的密文可以帮助他们加快密码的分析。密钥使 用的时间越长，攻击者收集密文的机会就越多； • 密钥有可能被泄漏，攻击者可以对用某个特定密钥进行的加密处理 进行密码分析，所以缩短密钥的使用期可以减少危险的发生。
26
2.4 数字签名技术
2.4.1 数字签名的基本原理
2.4.2 RSA数字签名
2.4.3 美国数字签名标准算法
2.4.4 椭圆曲线数字签名算法
2.4.5 特殊数字签名算法
27
2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
数字签名，其实是伴随着数字化编码的信息一起发送并
与发送的信息有一定逻辑关联的数据项。 数字签名类似于MAC，但不同于MAC，数字签名可以支持不 可否认服务。
密钥发送方 (= 密钥接收方) 明文 发送方 加密 密文 Internet 密文 解密 密钥接收方 明文 接收方
14
ຫໍສະໝຸດ Baidu
加密时的2种方式：密码流和密码块
• 密码块：把明文分成等长块来加密，一般64或
128bit
• 密码流：对任意长度数据流进行加密
对称加密系统的特点：
• • 优点：加密解密速度都很快 缺点：需要双方保存密钥
• 需要证明申请人身份的一方接受已经对申请人进行了验证的 其他可信任方
40
2.6验证技术
2.6.1 基于口令的验证
面临威胁：
• 外部泄漏
6
安全技术
2.2 信息传输中的加密方式
2.2.1 几种常用的加密方式
链路－链路加密 节点加密 端－端加密
ATM网络加密
卫星通信加密
2.2.2 加密方式的选择策略
7
2.2 信息传输中的加密方式
2.2.1 几种常用的加密方式
链路－链路加密
节点加密
明文 结点 1 密文 结点 2 结点 3 密文 明文
端－端加密 Ek1
17
HMAC
hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的： 1. 客户端发出登录请求（假设是浏览器的GET请求） 2. 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值 3. 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行hmac运 算，然后提交给服务器 4. 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的 随机值做与客户端一样的hmac运算，然后与用户发送的 结果比较，如果结果一致则验证用户合法 在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随 机值和用户发送的hmac结果，而对于截获了这两个值的 黑客而言这两个值是没有意义的，绝无获取用户密码的 18 可能性
设明文为m=19， 密文c=195 mod 119=2476099 mod 119 =66 解密： m=6677 mod 119 =19
24
2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统
3.加密与验证模式的结合
• 保障信息机密性 & 验证发送方的身份 • 使用过程：
私有密钥发送方
两次加密 两次加密
明文字母 n 密文字母 M
例：如果明文m为“important”，则密文C则为 “RNKLIGZMZ”。
13
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统——私有密钥
1.对称加密 特点:
• 数据的发送方和接受方使用的是同一把密钥
过程:
• 发送方对信息加密
• 发送方将加密后的信息传送给接收方
• 接收方对收到信息解密，得到信息明文
2.6.5 基于地址的验证 2.6.6 数字时间戳验证
39
2.6验证技术
验证是在远程通信中获得信任的手段，是安
全服务中最为基本的内容。
当事人/申请人 通常基于以下因素：
• 申请人表示所知道的某些事务 • 申请人出示一些所有物 • 申请人展示一些不可改变的特征 • 申请人展示在某些特定场所或网络地址上的证据
这一协议提出了公开密钥加密技术 两个在线通信系统可以通过Diffie-Hellman 密钥 协议来建立会话密钥
2.5.4 公开密钥的分发
公开密钥的分发并不要求保密，但必须保证公开密 钥的完整性
38
2.6 验证技术
2.6.1 基于口令的验证
2.6.2 验证协议
2.6.3 基于个人令牌的验证
2.6.4 基于生物统计特征的验证
23
2. RSA算法
可逆的 2.1 获得密钥的算法 a.找2个大素数p、q b.计算 n=pq; u=(p-1)(q-1) c.选一个整数e，使得 1<e<u , 且gcd (u,e)=1 d.找d，使得d满足：de-1 可以被(p-1)和(q-1)整除 e.以(n，e)作为公钥；(d，n)作为私钥 加密：C=me mod n 解密：m=cd mod n 例子：p=7，q=17，n=pq=119，u=6*16=96，找e=5，找一个d， 77*5=385=4*96+1，所以d=77 因此 公钥为（5，119）；私钥为（77，119）
私有密钥接收方
明 文
密 文
Internet
密 文
明 文
公开密钥接收方 发送方
公开密钥发送方 接收方
25
2.3对称加密与不对称加密
2.3.3 两种加密方法的联合使用
使用过程：
私有密钥接收方 明文 密文 网 络 加密后 的密钥 秘密密钥
发送方
秘密密钥
发送方
加密后 的密钥
公有密钥接收方
密文
明文
发送方
接收方
数字签名的过程：
发送方的私钥
发送方的公钥
28
2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
数字签名的要求 数字签名的分类
• 基于签字内容的分类
• 基于数学难题的分类 • 基于签名用户的分类
• 基于数字签名所具有特性的分类
• 基于数字签名所涉及的通信角色分类
29
2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
信息验证码（MAC）的使用过程：
19
考虑一下，如果上面的步骤中没有采用 密钥，会发生什么情况？
20
2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统——公开密钥
1.公开密钥加密
• 加密模式过程
– 发送方用接收方的公开密钥对要发送的信息进行加密 – 发送方将加密后的信息通过网络传送给接收方 – 接收方用自己的私有密钥对接收到的加密信息进行解 密，得到信息明文
数字签名与手写签名的区别
• 手写签名－模拟的，因人而异 • 数字签名－0和1的字符串，因消息而异
30
2.4 数字签名技术
2.4.2 RSA数字签名
简化的RSA数字签名：
31
2.4 数字签名技术
2.4.2 RSA数字签名
用散列函数进行的RSA数字签名：
32
2.4 数字签名技术
2.4.3 美国数字签名标准算法
第2章 信息安全技术
目录
2.1 信息安全概述 2.2 信息传输中的加密方式 2.3 对称加密与不对称加密 2.4 数字签名技术 2.5 密钥管理技术 2.6 验证技术
2
引例——网银的三种加密认证方式
为什么数字证书是最安全的方式？它所采用 的技术是怎样实现安全保障的？除了这些技术， 还需要哪些技术来保障信息安全？
例：明文（记做m）为“important”，Key=3， 则密文（记做C）则为“LPSRUWDQW”。
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例 2：将字母倒排序，见表 2。 表2 明文字母 密文字母 a Z b Y o L 字母倒排序 c X p K d W q J e V r I f U s H g T t G h S u F i R v E j Q w D k P x C l O y B m N z A
3
http://www.spdb.com.cn/chpage/c1/#
4
http://ebank.spdb.com.cn/per2008/per_ho wtochose_08.html
5
2.1 信息安全概述
信息安全问题与信息安全技术：
安全问题 机密性 完整性 验证 不可否认性 访问控制 安全目标 信息的保密 探测信息是否被篡改 验证身份 不能否认信息的发送、 接收及信息内容 只有授权用户才能访问 加密 数字摘要 数字签名，提问－应答， 口令，生物测定法 数字签名，数字证书，时 间戳 防火墙，口令，生物测定 法
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例 1：Caesar（恺撒）密码，见表 1。 表1 明文字母 密文字母 明文字母 密文字母 Caesar（恺撒）密码表 a b D E n o Q R c F p S d e G H f I g J h i j k l m K L M N O P
q r s t u v w x y z T U V W X Y Z A B C
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2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
对称加密 对称加密算法 信息验证码
2.3.2 不对称加密系统
公开密钥加密 RSA算法
加密与验证模式的结合
2.3.3 两种加密方法的联合使用
10
2.3对称加密与不对称加密
所谓加密，就是用基于数学方法的程序 和保密的密钥对信息进行编码，把计算机数 据变成一堆杂乱无章难以理解的字符串，也 就是把明文变成密文。
明文
Dk1
明文
结点
Ek2
Dk2
结点 3 解密设备
结点 1 加密设备 ATM网络加密
E 卫星通信加密 k
密文
Eki 为加密变换，Dki 为解密变换 2 密文 密文
Dk
明文
E 为加密变换，D 2.2.2 加密方式的选择策略 为解密变换
k k
多个网络互联环境下：端－端加密 链路数不多、要求实时通信、不支持端－端加密远程调用通信场合： 链路－链路加密 链路较多，文件保护、邮件保护、支持端－端加密的远程调用、实时 性要求不高：端－端加密 需要防止流量分析的场合：链路－链路加密和端－端加密组合
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2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
2.对称加密算法
• 数据加密标准（DES）(Data Encryption Standard)
1977年成为标准; 64bit的数据块，56bit的密钥
• 高级加密标准（AES）
目标是替代DES。128bit的数据块，128、192、256bit的密钥
公开密钥接收方 明文 发送方 密文 Internet 私有密钥接收方 密文 明文 接收方
21
老张的私有密匙
老张的公开密匙
鉴 别 保 密
密文
老张
密文
小李
老张
小李的公开密匙 小李的私有密匙
小李
22
2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统
2.RSA算法
• 1997，麻省理工，Ronald Rivest、Adi Shamir、 Leonard Adleman • 可逆的公开密钥加密系统 • 通过一个称为公共模数的数字来形成公开密钥， 公共模数是通过两个形成私人密钥的两个质数 的乘数来获得的。
密钥的生命周期
• 密钥建立（包括生成密钥和发布密钥） • 密钥备份/恢复或密钥的第三者保管 • 密钥替换/更新 • 密钥吊销 • 密钥期满/终止（其中可能包含密钥的销毁或归档）
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2.5密钥管理技术
2.5.2 RSA密钥传输
用RSA密钥传输来加密电子邮件：
明文的 内容
37
2.5密钥管理技术
2.5.3 Diffie-Hellman 密钥协议
• 基于离散对数问题
• 单项不可逆的公开密钥系统
• 验证过程中对资源的处理要比RSA更彻底
2.4.4 椭圆数字签名算法
• 利用离散对数 • 一种运用RSA和DSA来实施数字签名的方法
• 在生成签名和进行验证时比RSA和DSA快
33
2.4 数字签名技术
2.4.5 特殊数字签名算法
盲签名
多重签名
代理签名 定向签名
• 三重DES:
利用2个或3个密钥，加密的过程是：加密-解密-加密
• Rivest 密码
RC2、 RC4、 RC5、 RC6等
3.信息验证码（MAC）
• MAC也称为完整性校验值或信息完整校验 • 常用生成MAC的方法：
– 基于散列函数的方法 – 基于对称加密的方法
16
The EFF's US$250,000 DES cracking machine contained over 1,800 custom chips and could brute force a DES key in a matter of days — the photo shows a DES Cracker circuit board fitted with 32 Deep Crack chips
双联签名
团体签名 不可争签名
34
2.5 密钥管理技术
2.5.1 密钥管理概述 2.5.2 RSA密钥传输 2.5.3 Diffie-Hellman 密钥协议 2.5.4 公开密钥的分发
35
2.5密钥管理技术
2.5.1 密钥管理概述
密钥都有时间期限，因为：
• 攻击者可以使用数学分析方法来进行密码分析从而破解加密系统， 攻击者获得大量有效的密文可以帮助他们加快密码的分析。密钥使 用的时间越长，攻击者收集密文的机会就越多； • 密钥有可能被泄漏，攻击者可以对用某个特定密钥进行的加密处理 进行密码分析，所以缩短密钥的使用期可以减少危险的发生。
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2.4 数字签名技术
2.4.1 数字签名的基本原理
2.4.2 RSA数字签名
2.4.3 美国数字签名标准算法
2.4.4 椭圆曲线数字签名算法
2.4.5 特殊数字签名算法
27
2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
数字签名，其实是伴随着数字化编码的信息一起发送并
与发送的信息有一定逻辑关联的数据项。 数字签名类似于MAC，但不同于MAC，数字签名可以支持不 可否认服务。
密钥发送方 (= 密钥接收方) 明文 发送方 加密 密文 Internet 密文 解密 密钥接收方 明文 接收方
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
加密时的2种方式：密码流和密码块
• 密码块：把明文分成等长块来加密，一般64或
128bit
• 密码流：对任意长度数据流进行加密
对称加密系统的特点：
• • 优点：加密解密速度都很快 缺点：需要双方保存密钥
• 需要证明申请人身份的一方接受已经对申请人进行了验证的 其他可信任方
40
2.6验证技术
2.6.1 基于口令的验证
面临威胁：
• 外部泄漏
6
安全技术
2.2 信息传输中的加密方式
2.2.1 几种常用的加密方式
链路－链路加密 节点加密 端－端加密
ATM网络加密
卫星通信加密
2.2.2 加密方式的选择策略
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2.2 信息传输中的加密方式
2.2.1 几种常用的加密方式
链路－链路加密
节点加密
明文 结点 1 密文 结点 2 结点 3 密文 明文
端－端加密 Ek1
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HMAC
hmac主要应用在身份验证中，它的使用方法是这样的： 1. 客户端发出登录请求（假设是浏览器的GET请求） 2. 服务器返回一个随机值，并在会话中记录这个随机值 3. 客户端将该随机值作为密钥，用户密码进行hmac运 算，然后提交给服务器 4. 服务器读取用户数据库中的用户密码和步骤2中发送的 随机值做与客户端一样的hmac运算，然后与用户发送的 结果比较，如果结果一致则验证用户合法 在这个过程中，可能遭到安全攻击的是服务器发送的随 机值和用户发送的hmac结果，而对于截获了这两个值的 黑客而言这两个值是没有意义的，绝无获取用户密码的 18 可能性
设明文为m=19， 密文c=195 mod 119=2476099 mod 119 =66 解密： m=6677 mod 119 =19
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2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统
3.加密与验证模式的结合
• 保障信息机密性 & 验证发送方的身份 • 使用过程：
私有密钥发送方
两次加密 两次加密
明文字母 n 密文字母 M
例：如果明文m为“important”，则密文C则为 “RNKLIGZMZ”。
13
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统——私有密钥
1.对称加密 特点:
• 数据的发送方和接受方使用的是同一把密钥
过程:
• 发送方对信息加密
• 发送方将加密后的信息传送给接收方
• 接收方对收到信息解密，得到信息明文
2.6.5 基于地址的验证 2.6.6 数字时间戳验证
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2.6验证技术
验证是在远程通信中获得信任的手段，是安
全服务中最为基本的内容。
当事人/申请人 通常基于以下因素：
• 申请人表示所知道的某些事务 • 申请人出示一些所有物 • 申请人展示一些不可改变的特征 • 申请人展示在某些特定场所或网络地址上的证据
这一协议提出了公开密钥加密技术 两个在线通信系统可以通过Diffie-Hellman 密钥 协议来建立会话密钥
2.5.4 公开密钥的分发
公开密钥的分发并不要求保密，但必须保证公开密 钥的完整性
38
2.6 验证技术
2.6.1 基于口令的验证
2.6.2 验证协议
2.6.3 基于个人令牌的验证
2.6.4 基于生物统计特征的验证
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2. RSA算法
可逆的 2.1 获得密钥的算法 a.找2个大素数p、q b.计算 n=pq; u=(p-1)(q-1) c.选一个整数e，使得 1<e<u , 且gcd (u,e)=1 d.找d，使得d满足：de-1 可以被(p-1)和(q-1)整除 e.以(n，e)作为公钥；(d，n)作为私钥 加密：C=me mod n 解密：m=cd mod n 例子：p=7，q=17，n=pq=119，u=6*16=96，找e=5，找一个d， 77*5=385=4*96+1，所以d=77 因此 公钥为（5，119）；私钥为（77，119）
私有密钥接收方
明 文
密 文
Internet
密 文
明 文
公开密钥接收方 发送方
公开密钥发送方 接收方
25
2.3对称加密与不对称加密
2.3.3 两种加密方法的联合使用
使用过程：
私有密钥接收方 明文 密文 网 络 加密后 的密钥 秘密密钥
发送方
秘密密钥
发送方
加密后 的密钥
公有密钥接收方
密文
明文
发送方
接收方
数字签名的过程：
发送方的私钥
发送方的公钥
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2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
数字签名的要求 数字签名的分类
• 基于签字内容的分类
• 基于数学难题的分类 • 基于签名用户的分类
• 基于数字签名所具有特性的分类
• 基于数字签名所涉及的通信角色分类
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2.4 数字签名技术 2.4.1 数字签名的基本原理
2.3对称加密与不对称加密
2.3.1 对称加密系统
信息验证码（MAC）的使用过程：
19
考虑一下，如果上面的步骤中没有采用 密钥，会发生什么情况？
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2.3对称加密与不对称加密
2.3.2 不对称加密系统——公开密钥
1.公开密钥加密
• 加密模式过程
– 发送方用接收方的公开密钥对要发送的信息进行加密 – 发送方将加密后的信息通过网络传送给接收方 – 接收方用自己的私有密钥对接收到的加密信息进行解 密，得到信息明文