數字籤名的工作原理

上期我們了解了數字籤名的三個等級類型以及數字籤名在商業、教育、醫療和政府等眾多領域的應用，所以這期我們要接著深入了解，數字證書的技術原理。

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數字籤名是公鑰基礎結構的基礎部分。當我們說PKI時，一般想到的是數字證書，證書頒發機構（CA），銀行使用的Key,以及SSL通信等等。

數字證書，一般都是成對存在的，包含證書的公鑰，和證書對應的私鑰，公鑰本身有一定的身份標識功能（如ssl證書中的域名信息，郵件客戶端證書的郵箱地址等），對於數字證書的應用比較廣泛，但其基本原理簡單來說就是公鑰用來加密，私鑰用來解密。私鑰用來籤名，公鑰用來驗證籤名。

那麼，在我們了解數字籤名的技術原理之前，我們先要明白一個和數字籤名密切相關的算法：Hash算法。

hash算法是一種散列（密碼雜湊）算法。簡單來說這個算法有幾個很顯著的特性：

1. 易壓縮性，可以很容易的將任何長度的數據映射到固定長度的輸出。

2. 單向性，它是一種單向密碼體制，根據源數據計算一個哈希值很容易，但是要根據計算出的結果得出源數據是不可能的。

3. 高靈敏性，就是對於輸入數據的變化非常靈敏，即使很小的變化都會輸出差異性很大的結果。

4. 抗碰撞性，對於不同的數據塊，其hash值相同的可能性極小；對於一個指定的數據塊，找到和它hash值相同的數據塊極為困難。

由於具有這些特性，所以它非常適合用來做數據完整性和文件完整性的校驗。目前應用較為廣泛的哈希算法主要有sha1，sha256，sha384等，而我們國密與之相對應的是SM3算法，其安全性也是遞增的。幾年前Google就對SHA-1碰撞實驗，就是為了驗證其安全性。現在隨著科技的飛速的發展和計算能力的提升，sha1也即將要退出歷史舞臺。

工作原理：創建數字籤名

現在，讓我們逐步了解一下數字籤名的過程：

1、將要籤名的文件進行hash計算。

2、用私鑰將文件的hash值進行籤名。

3、除了籤名外，還可以添加時間戳以指示籤名時間。

這個就是數字籤名的主要過程，總的來說就是先對文檔進行哈希處理，然後籤名者用自己的私鑰對文件生成的哈希值進行籤名，使用時將原文件和籤名數據一起發送。

值得注意的是，數字籤名並沒有對整個文件進行籤名，而是對文件的hash值進行了籤名。這樣的不僅節約了資源而且提高了效率。

好的，接下來我們討論一下如何讀取和認證籤名。

工作原理：驗證數字籤名

我們已經知道了創建數字籤名的過程，隨著要來進行數字籤名驗證。主要過程有以下步驟：

1、將原文件進行hash計算得到hash值。

2、將籤名的公鑰從籤名數據中計算出籤名數據中的hash值。

3、將步驟1中得到的hash值和步驟2得到的hash值進行對比，如果對比結果一致則驗證通過，反之驗證失敗。

為什麼我們要對所有內容進行數字籤名？（數字籤名的優勢）

• 防偽造：數字籤名中的私鑰具有唯一性，除籤名者之外都不能偽造籤名，並防止被假冒。

• 完整性：由於數字籤名中包含hash算法，對籤名文檔的任何未經授權的修改將立即被顯見。

• 身份標識：證書頒發機構可以對證書的持有者的身份進行識別和驗證，可信的CA機構籤發的證書可以用於做身份標識。

• 時間戳：知道文檔籤署的時間是非常重要的，數字籤名可以蓋上指示創建籤名時間的時間戳。

• 防抵賴：數字籤名不僅可以成為身份識別的依據，同時它也是籤名者進行籤名操作的有效證據，防止籤名方對其產生的行為進行抵賴。

除了要點之外，數字籤名的應用會越來越廣泛，如今連電子發票和電子合同都加入了數字籤名的應用行列，所以它的重要性可以預見。

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本文技術文案指導：探花郎

高級軟體工程師，從事PKI相關技術研發工作多年，熟悉Linux網絡編程，擅長C/C++語言。現任職沃通CA，負責國密ssl相關庫的開發工作。

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