基于Linux下數(shù)字簽名技術(shù)的實現(xiàn)

余立強(qiáng)

摘要：運用非對稱密鑰加密技術(shù)與數(shù)字摘要技術(shù)描繪出數(shù)字簽名技術(shù)的工作原理圖，使用Linux系統(tǒng)中的shell命令實現(xiàn)數(shù)字簽名技術(shù)中的創(chuàng)建私鑰、導(dǎo)出公鑰、私鑰簽名、公鑰校驗等實踐操作，很好地展現(xiàn)了數(shù)字簽名技術(shù)實踐應(yīng)用的可操作性。

關(guān)鍵詞：Linux;數(shù)字簽名技術(shù);私鑰;公鑰

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）19-0103-02

數(shù)字簽名是一種電子簽章，類似寫在紙上的普通的物理簽名，在電子商務(wù)、電子政務(wù)等各類項目中得到廣泛的應(yīng)用。

一、基本概念

數(shù)字簽名技術(shù)由非對稱密鑰加密技術(shù)與數(shù)字摘要技術(shù)構(gòu)成，用于文件完整性驗證，具有不可抵賴性。數(shù)字簽名只有信息的發(fā)送者才能產(chǎn)生、別人無法偽造的一串?dāng)?shù)字，這些數(shù)字同時也是對信息的發(fā)送者發(fā)送信息真實性的一個有效證明。

數(shù)字簽名技術(shù)工作原理如圖1所示。

在圖1中，發(fā)送方利用RSA加密算法創(chuàng)建私鑰，對原文用Hash算法得到信息摘要，輸出固定長度的哈希值。對信息摘要用私鑰和RAS加密算法進(jìn)行加密得到數(shù)字簽名。發(fā)送方利用私鑰導(dǎo)出公鑰，然后將數(shù)字簽名、原文和數(shù)字簽名三個文件發(fā)送給接收方。

接收方首先用與發(fā)送方一樣的哈希函數(shù)對接收到的原文計算出信息摘要，再用接收到的公鑰對數(shù)字簽名文件進(jìn)行解密，也得到一個信息摘要，然后判斷這兩個摘要是否相同，若相同，則接收方確認(rèn)該數(shù)字簽名是發(fā)送方的，原文也是無篡改的。反之，則數(shù)字簽名不可信，或原文有篡改。

二、Linux系統(tǒng)環(huán)境

（一）操作環(huán)境

在宿主機(jī)上安裝VMware虛擬機(jī)軟件，準(zhǔn)備1臺或2臺安裝CentOS 6.5版本以上的Linux系統(tǒng)的虛擬機(jī)。

（二）數(shù)字簽名操作

在Linux系統(tǒng)opensll命令可實現(xiàn)4種非對稱加密算法，包括DH、RSA、DSA和橢圓曲線算法（EC）。RSA算法既可以用于密鑰交換，也可以用于數(shù)字簽名。

OpenSSL實現(xiàn)了5種信息摘要算法，分別是MD2、MD5、MDC2、SHA（SHA1）和RIPEMD。這里主要用SHA信息摘要算法。

三、數(shù)字簽名操作過程

進(jìn)入Linux系統(tǒng)進(jìn)行操作：

（一）編輯原文件file.txt

創(chuàng)建原文件file.txt，可以是任意類型的文件，這里僅作演示，輸入命令：

#echo “This is a digital signature example.”>file.txt

（二）創(chuàng)建私鑰key.pri

1.創(chuàng)建私鑰。

#openssl genrsa –out key.pri –f4 2048

RSA加密算法產(chǎn)生的2048位私鑰，并使用F4作為公鑰的E參數(shù)，將私鑰保存在文件key.pri中。

2.查看私鑰。

#openssl rsa –inform PEM –in key.pri –text

以PEM格式顯示私鑰的明文輸出密鑰參數(shù)。

（三）導(dǎo)出公鑰key.pub

1.導(dǎo)出公鑰。

#openssl rsa –inform PEM –outform PEM –in key.pri –out key.pub –pubout

用rsa的私鑰文件key.pri導(dǎo)出PEM格式的公鑰，保存在文件key.pub中。

2.查看公鑰。

#cat key.pub

或查看公鑰命令：

#openssl rsa –inform PEM –in key.pub –pubin –text

以PEM格式顯示公鑰的明文輸出密鑰參數(shù)，得到與上面查看私鑰類似的顯示。

（四）私鑰簽名

1.方法1。參見圖1，進(jìn)行私鑰簽名操作：

（1）計算原文件的信息摘要。

#openssl dgst –sha256 –binary –out file1.sha256 file.txt

將原文件的信息摘要（hash值）保存在文件file1.sha256中。

（2）用私鑰key.pri簽名。

#openssl rsautl -out file1.sig –sign –inkey key.pri –in file1.sha256

用私鑰對信息摘要進(jìn)行非對稱加密算法加密簽名，產(chǎn)生簽名文件file1.sig。

2.方法2。對上面方法1的合成操作命令：

#openssl dgst –sha256 –out file2.sig –sign key.pri –keyform PEM file.txt

產(chǎn)生簽名文件file2.sig，并查看簽名文件file2.sig：

#od –v –An –t x1 file2.sig

注意，file1.sig與file2.sig的內(nèi)容是不相同的。

（五）公鑰校驗

發(fā)送者將原文件file.txt、公鑰文件key.pub和簽名文件file.sig傳輸給接收者，接收者模擬驗證操作。

與私鑰簽名相對應(yīng)，接收者的公鑰校驗的二種方法如下。

1.方法1。對照圖1，接收方校驗信息摘要的操作：

（1）由簽名文件計算信息摘要。

#openssl rsautl –out file2.rec –inkey key.pub –in file1.sig –pubin –verify

用公鑰解密收到的簽名文件file1.sig的hash值，即原文件file.txt的信息摘要（hash值），將結(jié)果保存到二進(jìn)制文件file2.rec中。

（2）查看file2.rec文件中的信息摘要。

#od –v –An –t x1 file2.rec

（3）計算接收到的原文件file.txt的信息摘要。

#openssl dgst –sha256 –binary –out file2.sha256 file.txt

在接收方計算收到的原文件file.txt的hash值，即信息摘要保存到文件file2.sha256中。

（4）查看file2.sha256的內(nèi)容。

#od –v –An –t x1 file2.sha256

比較file2.sha256文件與file2.rec文件中32個字節(jié)的內(nèi)容是完全一致的，即信息摘要是相同的，可以確認(rèn)接收到的原文件file.txt是無篡改、可信的。反之，則說明接收到的文件有篡改或不可信的。

2.方法2。對應(yīng)私鑰簽名方法2，用下面的命令進(jìn)行公鑰校驗：

#openssl dgst –sha256 –keyform PEM –verify key.pub –signature file2.sig file.txt

若顯示：Verified OK

則表示用公鑰校驗簽名文件是正常的，即接收到的原文件是無篡改和可信的。

若顯示：Verification Failure

則表示接收到的文件有篡改或不可信的。

四、小結(jié)

在shell狀態(tài)下用openssl命令實現(xiàn)數(shù)字簽名技術(shù)的操作有助于對其工作原理的理解，方法1對應(yīng)圖1所示的工作原理，方法2是圖1的合成命令操作，在實際操作中更快、更有效。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯立，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2018，（01）.

[2]百度.數(shù)字簽名[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/數(shù)字簽名/212550？fr=aladdin

[3]百度.linux平臺數(shù)字簽名實現(xiàn)無示例[EB/OL].https：//jingyan.baidu.com/article/6181c3e06a920f152ff1536e.html.