數(shù)字簽名：電子政務(wù)的安全鎖

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以及internet的廣泛應(yīng)用對傳統(tǒng)的工作方式產(chǎn)生的巨大沖擊，電子政務(wù)（E-government）系統(tǒng)就在這樣的環(huán)境下應(yīng)運而生了。電子政務(wù)的所有活動都是政府行為，要求具有高度的可靠性和安全性。數(shù)字簽名技術(shù)這種能保證數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性、抗否定性的信息安全技術(shù)毫無疑問將會在電子政務(wù)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。由于java在網(wǎng)絡(luò)編程中的適用性，以及java的安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益完善和目前java開發(fā)網(wǎng)絡(luò)安全軟件的便利性，因此在電子政務(wù)系統(tǒng)中用java來實現(xiàn)數(shù)字簽名會具有更好的現(xiàn)實意義。

數(shù)字簽名的流程

數(shù)字簽名是相對于手書簽名而言的，是指采用一定的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，使用密碼算法對待發(fā)的數(shù)據(jù)(如文件、合同、通知等)進(jìn)行加密處理后，生成一段信息，附著在原文上一起發(fā)送，這段信息類似現(xiàn)實中的簽名或印章，接收方對其進(jìn)行驗證，判斷發(fā)送者的身份和原文真?zhèn)巍?/p>

數(shù)字簽名主要是采用非對稱加密算法，先采用單向Hash函數(shù)，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)生成消息摘要MD_1，發(fā)送方使用自己的私鑰對消息摘要加密生成數(shù)字簽名，將數(shù)字簽名附著在原文上一起發(fā)送。接收方收到消息以后，先用發(fā)送方的公鑰將簽名解密，得到消息摘要。然后利用接收的原數(shù)據(jù)進(jìn)行單向Hash函數(shù)的計算，得到消息摘要MD_2進(jìn)行驗證，如果MD_1=MD_2，說明簽名成功。

數(shù)字簽名的流程如圖（一）所示：

從流程圖可以看出，數(shù)字簽名包括簽名算法和驗證算法，目前主要使用的簽名算法有RSA和DSA。

從數(shù)字簽名的原理和流程圖我們可以看出，數(shù)字簽名主要有以下幾方面的功能：

（1）保證了信息的完整性。根據(jù)Hash函數(shù)的性質(zhì)，一旦原始信息被改動，所生成的數(shù)字摘要就會發(fā)生很大的變化。因此，通過這種方式，能防止原始信息被篡改。

（2）抗否認(rèn)性。使用公開密鑰的加密算法，由于只有發(fā)送方一人擁有私鑰，因此，發(fā)送方不能否認(rèn)發(fā)送過信息。

（3）防止接收方偽造一份報文，聲稱來自于發(fā)送方。

java在實現(xiàn)數(shù)字簽名方面的優(yōu)勢

java在實現(xiàn)數(shù)字簽名方面有很大的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、Java平臺為安全和加密服務(wù)提供了兩組API：JCA和JCE；

2、JCA (Java Cryptography Architecture)提供基本的加密框架，如證書、數(shù)字簽名、消息摘要和密鑰對產(chǎn)生器；

3、JCE在JCA的基礎(chǔ)上作了擴(kuò)展，包括加密算法、密鑰交換、密鑰產(chǎn)生和消息鑒別服務(wù)等接口。

在電子政務(wù)系統(tǒng)中使用混合密碼體制來實現(xiàn)數(shù)字簽名技術(shù)

在電子政務(wù)系統(tǒng)中如果在數(shù)字簽名時原文在網(wǎng)絡(luò)上以明文傳輸，就不能保證原始信息的機(jī)密性，而要保證原始信息的機(jī)密性，就需要對待發(fā)送的原始信息實行加密運算，若對原文使用非對稱密碼算法，由于使用非對稱密碼算法在解密時運算量很大，將會影響運算速度。所以，選擇使用對稱密碼算法對原文進(jìn)行加密，而用非對稱的密碼算法來實現(xiàn)數(shù)字簽名技術(shù)，使用這種混合密碼體制，既能實現(xiàn)數(shù)字簽名，保證了在傳輸過程中原文機(jī)密性，又能提高運算效率。

使用混合密鑰的數(shù)字簽名流程如圖（二）所示：

用java語言來實現(xiàn)混合密鑰的數(shù)字簽名

前面已經(jīng)提到了java2為實施安全策略提供了很多機(jī)制，因此在電子政務(wù)中要實現(xiàn)數(shù)字簽名選用java作為軟件的開發(fā)平臺是一個可行的方案，下面就給出一個實例的主要算法說明用java2是怎樣實現(xiàn)數(shù)字簽名的。因為是用在電子政務(wù)系統(tǒng)中，接收和發(fā)送文件的雙方通常都比較固定，這里就不考慮公鑰傳送的安全問題，先假定接收方使用的公鑰即為發(fā)送方使用的私鑰所對應(yīng)的公鑰，算法中生成消息摘要的算法為MD5，簽名算法使用RSA，對原文進(jìn)行對稱加密算法使用DES：

Java2中需要用到的主要的類基本上都封裝在java.security.*和javax.crypto.*兩個包中。

（1）引入需要用的java包

/*包含輸入輸出的類*/

Import java.io.*；

/*包含密鑰對生成器類、密鑰管理類、簽名類*/

Import java.security.*；

/*包含各種密碼算法類如：DES和RSA等*/

Import javax.crypto.*；

（2）發(fā)送方的代碼( 假設(shè)要傳送的數(shù)據(jù)是保存在文件info.dat中的)：

/*生成RSA算法的公鑰pubKey和私鑰priKey，這里假定公鑰生成以后是通過第三方安全的發(fā)送給接收方的*/

KeyPairGenerator DoublekeyGen = KeyPairGenerator.getInstance(“RSA”)；

DoublekeyGen.init(1024)；

KeyPair DoubleKey = DoublekeyGen.generateKeyPair()；

PrivateKey priKey = DoubleKey.getPrivate()；

PublicKeypubKey = DoubleKey.getpublic()；

/* 將公鑰pubKey保存在文件pubKey.dat文件中，供接收方使用*/ ObjectOutputStream out = new.ObjectOutputStream(newFileOutputStream(“pubKey.dat”)；

out.writeObject(pubKey)；

out.close()；

/*生成DES算法的密鑰Key*/

KeyPairGenerator SinglekeyGen = KeyGenerator.getInstance(“DES”)；

SinglekeyGen.init(64)；

Key SingleKey = SinglekeyGen.generateKey()；

/*從文件info.dat讀出需要傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)并保存在數(shù)組info_Plain[ ]中*/

ObjectInputStream in=new ObjectInputStream(new FileInputStream(“info.dat”))；

byte[ info_Plain=(byte[ ])in.readObject()；

in.close()；

/*將待傳輸?shù)脑夹畔⑸上⒄狹D_1*/

MessageDigest messageDigest = MessageDigest.getInstance(“MD5”)；

messageDigest.update(info_Plain)；

byte[ ] MD_1 = messageDigest.digest()；

/* 將待傳輸?shù)男畔⒂肈ES加密，并將加密后的數(shù)據(jù)保存在數(shù)組Des_info[ ]中*/

Ciphercipher = cipher.getInstance(“DES”)；cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE，SingleKey)；

byte[ ] Des_info[ ] = cipher.doFinal(info_plain)；

/* 將消息摘要MD_1[ ]和對稱密鑰SingleKey合并到字節(jié)數(shù)組MD_Key[ ]中，并用RSA算法中的私鑰對該數(shù)組加密并保存在數(shù)組Rsa_sign[ ]中形成了數(shù)字簽名*/

合并數(shù)組的算法略（主要就是通過循環(huán)將對稱密鑰添加到消息摘要數(shù)組的后面，形成一個新的數(shù)組MD_Key[ ]，對稱密鑰要通過強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化為byte類型）

Cipher cipher = cipher.getInstance(“RSA”)；

cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE， priKey)；

byte[ ]Rsa_sign[ ] = cipher.doFinal(MD_Key)；

/*將需要傳輸?shù)脑牡拿芪暮蛿?shù)字簽名寫到文件En_info.dat中，En_info.dat即為在網(wǎng)上傳輸?shù)男畔?/

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(“En_info.dat))；

Out.writeobject(Des_info)；

Out.writeobject(Rsa_sign)；。

Out.close()；

（3）接收方的代碼

接受方收到文件En_info.dat，該文件信息由兩部分組成○1原文的密文：保存數(shù)組Des_info[ ]；○2發(fā)送方的數(shù)字簽名：保存在Rsa_sign[ ]數(shù)組中；并從pubKey.dat文件中將公鑰讀出且保存在變量PubKey中。

/*從文件En_info.dat中讀出原文的密文和數(shù)

字簽名兩個數(shù)組*/

此部分算法略

/*將數(shù)字簽名保存在Rsa_sign[ ]數(shù)組中用發(fā)送方的公鑰解密得到消息摘要和對稱密鑰組成的數(shù)組MD_Key[ ]*/

公鑰解密的算法略（解密和加密算法基本相同）

Int len = MD_Key.length()；

Byte[ ]MD_1 = new Byte[ ]；

Byte[ ]Key =new Byte[ ]

For (int i=0； i<128；i++)/*因為用MD5產(chǎn)生的數(shù)字摘要為128位*/

MD_1[i]=Md_Key[i]；/*將摘要部分提取出來賦給數(shù)組MD_1*/

/*數(shù)組中的128位以后的元素即為對稱密鑰*/

While(i

{Key[i]=Md_Key[i]；}/*將對稱密鑰提取出來賦給數(shù)組Key[ ]*/

Key SingleKey = （PrivateKey）key; /*將對稱密鑰強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為key型*/

/*得到對稱密鑰后，通過DES的解密算法將密文變成明文，再將明文用MD5算法生成消息摘要并保存在數(shù)組MD_2[ ]中*/

解密和生成消息摘要的算法略

/*將MD_1[ ] 和MD_2[ ]做比較，若相等，則簽名正確*/

For(int i=0；i<128；i++)

{ if MD_1[i] != MD_2[i]

{

System.out.println(“Signature error!”）；

System.exit.( )；

}

}

System.out.println(“Signature success!”)；

由于只是給出了主要的算法，沒有考慮在程序的執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的異常情況以及一些基本的輸入輸出語句。