密码学入门（7）：数字签名和证书

最新推荐文章于 2024-07-12 00:00:31 发布

海将河推走

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分类专栏：密码学入门文章标签：安全 ssl 数字签名 ca证书

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本文介绍了数字签名的概念，解释了为何它能解决消息认证码的否认问题，通过私钥签名和公钥验证确保消息来源。同时，文章探讨了数字签名的方法，包括对消息散列值签名，以及证书在确认公钥合法性中的作用，阐述了证书的层级结构和公钥基础设施（PKI）的重要性。

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密码学入门（7）：数字签名和证书

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密码学入门（7）：数字签名和证书

数字签名

在上篇文章我们知道了消息认证码无法防止否认。因为发送者 Alice 和接收者 Bob 两者之间共享同一个密钥，所以 Alice 和 Bob 都可以生成 MAC 值，因此 Alice 可以否认自己发送过这条消息， Bob 也无法向第三方证明消息确实来自 Alice。假设 Alice 想向 Bob 借钱，她向 Bob 发送了一条 $100$ 万元借条的邮件，Bob 不能轻易相信这封邮件，因为 Alice 可以事后以“我不知道这张借条”为由来进行否认。

消息认证码无法防止否认的原因在于发送者和接收者共享一个密钥，所以我们需要发送者和接收者各自使用不同的密钥。Alice 使用自己的私钥通过消息生成一个“签名”，而 Bob 则使用一个公钥对签名进行验证，这样就可以确保只有 Alice 才能生成这个“签名”。我们把这种技术称为数字签名（digital signature）。

数字签名和公钥密码的结构非常相似，它们都有一个公钥和私钥。它们之间的区别在于，公钥密码用公钥加密，私钥解密；而数字签名用私钥签名，公钥验证签名。数字签名相当于把公钥密码反过来用。
公钥密码对比数字签名

由于公钥和私钥是配对的，用公钥加密的密文只能由配对的私钥才能解密，用私钥加密的密文只能由配对的公钥才能解密。所以如果用某个公钥成功解密了密文，就能证明这段密文是由与该公钥配对的私钥进行加密得到的。数字签名中使用私钥加密（签名，在这里加密的作用并不是为了保证机密性），因为只有持有私钥的人才能生成该签名，所以可以利用这个性质来实现签名的不可否认。

数字签名的方法

直接对消息签名：这种方法易于理解，但实际上不会使用这种方法，因为公钥密码对整个消息加密（签名）的速度很慢，而且主动攻击者 Mallory 可能可以利用数字签名攻击公钥密码（因为数字签名的签名过程类似于公钥密码的解密过程，所以公钥密码和数字签名最好使用不同的密钥对）。
对消息的散列值签名：为了解决直接对消息签名带来的问题，我们可以通过单向散列函数将消息变成更短的散列值，然后对散列值加密（签名）。