RSA密碼體制及數(shù)字簽名技術(shù)的研究

2014-07-18 02:52:56李瀟董日壯

電腦知識與技術(shù) 2014年13期

李瀟　董日壯

摘要：隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的發(fā)展，信息安全在社會各領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，其中安全與保密已成為信息安全技術(shù)的一個核心內(nèi)容?，F(xiàn)代密碼學的主要研究領(lǐng)域之一就是數(shù)字簽名，它在身份識別、認證、數(shù)據(jù)完整性等方面具有其它技術(shù)不能取代的作用，在電子商務(wù)、電子政務(wù)及數(shù)據(jù)庫安全等領(lǐng)域有著極突出的作用。該文首先介紹了數(shù)字簽名的研究背景原理，接著探討了基于RSA算法的數(shù)字簽名系統(tǒng)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：安全與保密；數(shù)字簽名；RSA算法

中圖分類號：TP301.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）13-2933-02

Research on RSA Cryptography and Digital Signature Technology

LI Xiao， DONG Ri-zhuang

（School of Computer Engineering， Qingdao Technology University， Qingdao 266033， China）

Abstract： With the development of computer network and information technology， information security plays a more and more important role in each field of society， the security and privacy has become a core of information security technology. One of the main research fields of modern cryptography is the digital signature， it has the other technology can not replace the role in the identification， authentication， data integrity， etc， it has a very important role in e-commerce， e-government and database security fields. This paper first introduces the research background of digital signature principle， and then discusses the digital signature system based on the RSA algorithm and its application.

Key words： Safety and security； digital signature； RSA algorithm

1 概述

隨著現(xiàn)代電子商務(wù)的飛速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)進行的資金電子交易日益頻繁，避免信息偽造和欺騙的現(xiàn)象的發(fā)生成了一個非常關(guān)鍵的問題；另外，在計算機通信系統(tǒng)中，維護電子文檔的安全也成為一個至關(guān)重要而且特別敏感的問題[]。因此，為了保護信息的安全，數(shù)字簽名技術(shù)應(yīng)運而生，開始慢慢解決安全的問題。

目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，加快了辦公效率，電子銀行、電子政務(wù)、電子商務(wù)開始在政府和市場的各行各業(yè)大范圍的發(fā)展起來，數(shù)字簽名作為一種法律承認的，能夠保證數(shù)據(jù)的完整性、機密性、抗否定性的一種信息安全技術(shù)，在安全、高效的利用網(wǎng)絡(luò)進行辦公或盈利的時代中發(fā)揮了重要作用[]。文章將接下來簡單介紹數(shù)字簽名的概念及實現(xiàn)原理，闡述利用RSA算法實現(xiàn)數(shù)字簽名的技術(shù)原理。

2 數(shù)字簽名技術(shù)概述

2.1 數(shù)字簽名概念

數(shù)字簽名是非對稱加密算法的典型應(yīng)用[]。數(shù)字簽名的應(yīng)用過程是，數(shù)據(jù)源發(fā)送方用自己的私鑰對數(shù)據(jù)進行校驗，或?qū)ζ渌c數(shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)的變量進行加密處理，完成對數(shù)據(jù)的合法“簽名”；數(shù)據(jù)接收方利用對方的公鑰來解讀收到的“數(shù)字簽名”，并將解讀結(jié)果用于對數(shù)據(jù)完整性的檢驗，以確認簽名的合法性。

只有信息的發(fā)送者才能產(chǎn)生數(shù)字簽名，別人是無法偽造的，數(shù)字簽名也是對發(fā)送者發(fā)送信息真實性的一個證明。數(shù)字簽名可以定義為：數(shù)字簽名是附加在數(shù)據(jù)單元上的數(shù)據(jù)，或是對數(shù)據(jù)單元的密碼更換，這種改動允許接收者來確認數(shù)據(jù)單元的來源和完整性，并保護數(shù)據(jù)，防止被其他人偽造[]。

2.2 數(shù)字簽名原理

數(shù)字簽名是解決網(wǎng)絡(luò)通信中安全問題的一種有效方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)電子文檔的辨認和驗證，在保證數(shù)據(jù)的完整性、私有性、不可抵賴性方面起著積極作用[]。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中身份識別和鑒定等功能，數(shù)字簽名要滿足以下四點要求：

1）發(fā)送者發(fā)出簽名的消息后，不能否認；

2）接收者能夠確認或證實發(fā)送者的簽名；

3）任何人都不能偽造或更改簽名。

4）第三方可確認收發(fā)雙方之間的消息傳送，但不能偽造傳送的過程。

一個典型的數(shù)字簽名體系必須包含簽名算法和驗證算法兩部分，要滿足上述四點要求，數(shù)字簽名體系還要滿足以下兩條基本假設(shè)：簽名密鑰是安全可靠的，只有其擁有者才能使用；簽名密鑰的使用是生成數(shù)字簽名的唯一途徑。

3 RSA算法實現(xiàn)數(shù)字簽名的原理

一般情況下，實現(xiàn)數(shù)字簽名的方法有三種[2]：單項散列函數(shù)簽名（HASH）、對稱密鑰系統(tǒng)簽名、非對稱密鑰系統(tǒng)簽名。其中單項散列函數(shù)簽名和對稱密鑰系統(tǒng)簽名在保存密鑰方面都面臨很大的困難，因此，用非對稱密鑰算法進行數(shù)字簽名的方式就被廣泛的運用[2]。

3.1 RSA算法

RSA算法（公鑰加密算法），是Rivest，Shamir和Adleman在1978年提出的，是第一個比較完善的公開密鑰算法，既能加密也能用作數(shù)字簽名[]，是一種“由已知加密密鑰推出解密密鑰，在計算上是不可行的”密碼體制。

作為最著名的非對稱密鑰算法之一，其利用兩個大質(zhì)數(shù)與被加密原文相乘產(chǎn)生的積來進行加密和解密[]，一個用于加密數(shù)據(jù)，一個用于解密數(shù)據(jù)，這兩個質(zhì)數(shù)不管哪一個與被加密的原文相乘，都可由另一個質(zhì)數(shù)相乘來解密。但是，想要用這個乘積求出另一個質(zhì)數(shù)，則需要進行分解大數(shù)的質(zhì)因子，如果數(shù)小還可以分解，如果選用的質(zhì)數(shù)足夠大，這種求解幾乎求不出來，這樣就保證了信息的安全。

在應(yīng)用的使用中，每個用戶都保存一對密鑰，即私鑰（PriK）和公鑰（PubK）。私鑰利用私密的安全介質(zhì)保密存儲，不會泄露給任何外人，但公鑰便可公開發(fā)表，一般存放在公共服務(wù)器上供人查詢。

3.2 RSA算法實現(xiàn)數(shù)字簽名的原理

RSA算法在加密和解密過程中用的是公鑰加密，私鑰解密。當發(fā)送方和接收方通信時發(fā)送方用接收方的公鑰對原文加密，接收方收到密文后，用私鑰進行解密。由于外人不擁有與加密公鑰所對應(yīng)的私鑰，因此，外人是無法解密的。

具體實現(xiàn)步驟[2]：首先發(fā)送方利用HASH算法對文件M求出散列值，即數(shù)字摘要H，然后利用公鑰對數(shù)字摘要進行加密生成數(shù)字簽名C，最后發(fā)送方將M和C一起發(fā)給接收方。接收方收到文件M1和數(shù)字簽名C1，然后利用HASH函數(shù)對M1求出散列值，即數(shù)字摘要H1，利用接收方的私鑰對數(shù)字簽名C1進行解密得到數(shù)字摘要H2，再比較H1和H2。如果結(jié)果相同，則說明在傳輸中文件沒有發(fā)生變化，并且文件確實是由發(fā)送者所發(fā)。其流程如圖1所示。

圖1 RSA算法進行數(shù)字簽名的流程

以上流程完成了數(shù)字簽名的功能，包括防篡改和防抵賴等。如果文件在傳輸過程中被篡改，HASH算法有“原文有任何改動，HASH值就會發(fā)生劇烈變化”的特點，那么H1和H2就會不同；如果發(fā)送者否定文件是他發(fā)的，那么根據(jù)RSA算法的另一個特點：分解一個大數(shù)的質(zhì)因子特別難，如果選用的質(zhì)數(shù)足夠大，就幾乎無解，用發(fā)送方的公鑰是解密不了用其他人的私鑰加密的秘文的。因此，此種方法比較安全。

4 基于RSA算法的數(shù)字簽名的應(yīng)用及前景

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信安全成為一大問題，而數(shù)字簽名機制正好可以保證網(wǎng)絡(luò)通信的安全，包括一對一安全通信和多人簽名等方面，一對一安全通信方式只允許制定的接收方閱讀發(fā)送方發(fā)送的信息，保證了網(wǎng)絡(luò)通信的安全，多人簽名則需要多個人簽署同一份文件，擴展了數(shù)字簽名的應(yīng)用[]。

基于RSA算法的數(shù)字簽名，在2000年的第六屆國際密碼學會議上被推薦為公鑰密碼系統(tǒng)的加密算法之一[]，對于將來信息的加密、生成和驗證數(shù)字簽名的工具還有待完善，只有用SSL（安全套接層）建立安全連接的Web瀏覽器，才會經(jīng)常使用數(shù)字簽名，公司要對員工進行行為規(guī)范，就要建立廣泛協(xié)作機制來支持數(shù)字簽名，確保數(shù)據(jù)保密性、完整性和不可否認性，才能保證在線商業(yè)的安全交易。

（下轉(zhuǎn)第2942頁）

（上接第2934頁）

數(shù)字簽名作為一種信息加密和安全傳送技術(shù)，越來越得到人們的重視，它涉及的關(guān)鍵技術(shù)也很多，并且很多新的協(xié)議，如網(wǎng)上交易安全協(xié)議SSL、SET協(xié)議都會涉及到數(shù)字簽名，因此數(shù)字簽名將得到廣泛的應(yīng)用和人們的首選，應(yīng)用前景十分廣闊。

5 結(jié)束語

本文討論了數(shù)字簽名的基本原理實現(xiàn)，以及如何利用RSA算法實現(xiàn)數(shù)字簽名的技術(shù)，雖然RSA算法是一種安全技術(shù)，但是RSA算法的安全性只是一種計算安全性，絕不是無條件的安全性，這是由它的理論基礎(chǔ)決定的，雖然，基于RSA算法的數(shù)字簽名也存在不足，但隨著各種技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字簽名的應(yīng)用會越來越成熟。

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