数字签名

一、基本概念：

数字签名又称公钥数字签名或电子签章，是一种以电子形式存在于数据信息之中的，或作为其附件的或逻辑上与之有联系的数据，可用于辨别数据签署人的身份，并表明签署人对数据信息中包含的信息的认可的技术。

数字签名必须保证做到以下3点：

◆ 接收者能够核实发送者对报文的签名；

◆ 发送者事后不能抵赖对报文的签名；

◆ 接收者不能伪造对报文的签名。

基于公钥密码体制和私钥密码体制都可以获得数字签名,目前主要是基于公钥密码体制的数字签名。它包括普通数字签名和特殊数字签名。普通数字签名算法有RSA 、ElGamal 、Fiat-Shamir 、Guillou- Quisquarter 、Schnorr 、Ong-Schnorr-Shamir 数字签名算法、Des/DSA,椭圆曲线数字签名算法和有限自动机数字签名算法等。特殊数字签名有盲签名、代理签名、群签名、不可否认签名、公平盲签名、门限签名、具有消息恢复功能的签名等。

二、基本原理：

数字签名技术的原理十分简单。假如发送方A 要给接收方B 发送消息M ，那么可以把发送和接收M 的过程简单描述如下：

(1)发送方A 先要将传送的消息M 使用自己的私有密钥加密算法1Ea 进行签名，得1V=Ea ()M 。其中，A 的私有加密密钥为1a 。

(2)发送方A 用自己的私有密钥对消息加密以后，再用接收方B 的公开密钥算法1Eb 对签名后的消息V 进行加密，得1C=Eb ()V 。其中B 的公开加密密钥为1b 。

(3)最后，发送方A 将加密后的签名消息C 传送给接收方B 。

(4)接收方B 收到加密的消息C 后，先用自己的私有密钥算法2Db 对C 进行解密，得2V=Db ()V 。其中，B 的私有解密密钥为2b 。

(5)然后，接收方再用发送方A 的公开密钥算法2Da 对解密后的消息V 再进行解密，得2M=Da ()V 。其中，A 的公开解密密钥为2a 。

原理图如图一所示。

图一数字签名原理

三、功能：

数字签名可以保证信息传输的完整性、发送者的身份认证、防止交易中的抵赖发生。

数字签名的主要功能具体有以下几个方面：

(1)防伪造。其他人不能伪造对消息的签名。因为私有密钥只有签名者自己知道，所以其他人不可以构造出正确的签名结果数据。

(2)可鉴别身份。由于传统的手工签名一般是双方直接见面的，身份自可一清二楚，在网络环境中，接受方必须能够鉴别发送方所宜称的身份。

(3)防篡改(防破坏信息的完整性)。数字签名与原有文件形成了—个混合的整体数据，对方不可能偷换其中几页，不可能篡改，从而保证数据的完整性。

(4)防重放。在数字签名中，如果采用了对签名报文添加流水号或时间戳等技术可以防止重放攻击1。

(5)防抵赖。数字签名可以鉴别身份，不可能冒充伪造。只要保存好签名的报文，就好似保存好了手工签署的合同文本，也就是保留了证据，签名者就无法抵赖。如果要防止接受者的抵赖，在数字签名体制中要求接受者返回—个自己签名的表示收到的报文，给对方或者是第三方，或者引入第三方机制如此操作，双方均不能抵赖。

四、应用：

数字签名是目前电子商务和电子政务中应用最普遍、技术最成熟、可操作性最强的一种电子签名方法。它可以在网络环境下模拟日常的手工签名或印章，以此作为凭证，抵御冒充、篡改、伪造、抵赖等问题，保证了信息的完整性和同一性。因而数字签名在实际中有着广泛的应用。

1又称重播攻击，所谓重放攻击就是攻击者发送一个目的主机已接收过的包，来达到欺骗系统的目的，主要用于身份认证过程。

应用一数字合同

在电子签名法出台之后，网上签合同成为被讨论最多的应用。不少用户表示，自己会首先在上下游供应商之间，建立数字签名体系，完成数字合同的签订。

其实早在电子签名法出台之前，很多企业就已建立了自己的数字商务应用体系，如MIS 系统和CRM系统。但因为没有法律保障，大多企业采用的是网上网下两套体系，网上发挥的仅仅是传递信息的作用，最后签合同，还是要打印出来，盖上公章，然后通过EMS或其他形式传递到对方手上。算下来，企业原本期望的降低成本、提高效率的目标非但没有实现，反而增加了网络系统维护的费用，效率也没有得到提高。现在，数字签名可以使签约过程变得很简捷。

应用二服务器认证

对系统本身的认证，也是数字签名最先应用的领域。仿冒网页，进行诈骗已经成为一种常见的犯罪行为。因此，对服务器本身进行认证变得非常必要。作为消费者，在登陆银行网站的时候，应首先查看其网页，如果发现一个小锁头的标志，双击小锁头，就可以看到该服务器是由哪家CA认证的。在操作过程中，认证后的服务器可以进行响应，并自动传送网站的数字证书给用户，用于鉴别网站真伪。用户的网页浏览器程序会产生一把唯一的“会话钥匙码”，用以对网站之间所有的通讯过程进行加密。使用者的浏览器以网站的公钥对会话钥匙码进行加密，以便只有合法的网站才能阅读此会话钥匙码。

除了网上银行，不少普通网站也都经过CA的认证。如果留意的话，你会发现，当我们登陆上一些网站时，首先会弹出一个对话框，问你是否信任这个网站，这其实也是一个电子签名。点击详情，你会看到该网站通过了某CA的认证。如果你信任这个CA，就可以信任这个网站。

应用三软件、图书认证

不少软件也会进行认证，以便用户判断是否可以放心地使用该软件。很多和微软合作的开发商，微软首先会要求他们到国际认证机构做身份认证，之后微软才会与之合作。为了避免病毒泛滥在手机系统上重演，微软还要求每一个基于其Smartphone OS开发软件的手机软件开发商，必须通过微软的认证，用户不能随便从网络上下载没有经过微软认证的软件，以保证Smartphone手机的安全。

另外，很多企业在其内部也早开始应用数字签名。如经典时空的电子图书，当作者在其小说网上发表自己的著作时，可以得到经典时空的认证，证明该图书是在哪个时间上传的，作者是谁，以免日后发生版权纠纷。

除了已经实施的，可以期待的领域还有很多。如网络实名制呼声很高，但因为没有一个机制来约束，很难真正应用起来。现在，通过电子签名，实名制也将变得很容易。

数字签名在我们的生活中的应用越来越广泛,比如网上银行、电子邮件、电子商务、电子政务等等。数字签名不仅可以简化很多业务手续，给个人生活带来很大便利，利用数字签名在网上进行转账，将节省很多能源和时间；还可以使我们的业务更加安全，也更有章可循，数字签名严密的加密过程使得任何仿造和截取变得非常困难，可以很好地杜绝仿造案件的发生。

五、新型数字签名方案

1、高效可验证的安全数字签名方案

这种数字签名方案能够防止通过猜测RSA 算法的某些变量来选择信息进行攻击。它的安全性不是基于树形结构的信任关系，而是利用一种被称为“散列和标记”的范式。这种签名的唯一性是建立在它的假设上，即假设加密所用的散列函数是经过详细定义的，并且是合理的（可以不符合标准）。

2、防止适应性攻击的门限签名方案

在门限签名方案中，数字签名是由一组用户产生，而不是由个人或一个组织产生，签名所用的私钥由一个组内的多个用户共享。门限签名方案的作用主要是防止来自内部或外部对签名密钥的攻击，设计门限签名的目标有两个方面：一是提高数字签名代理的有效性；二是防止密钥被伪造，使攻击者更难获得签名所用的私钥。因为必须由组内多个人才能产生数字签名，这一点使门限签名方案具有强壮性，即使攻击者就是组内的个别成员，也能保证信息不被泄漏。

3、面向流信息的数字签名

传统的签名方案是面向消息的，接收端在收到全部信息之后才能对签名进行验证。然而流信息是很长的位序列，接收者必须一边接收消息，一边获取消息的内容，不能有延迟，如果让接收者收到全部信息之后再进行验证是不现实的。对于这类签名包括两种情况：一种是发送端已知信息是有限长的（如电影），可以利用这一约束条件来设计高效的签名策略；另一种是发送端不知道信息的长度（可能无限长，如广播），则可以证明签名方案的安全性。这种对流信息的签名技术还能应用于其他领域，如在通讯代价高时对长文件的高效验证，这时可以将基于数字签名的过滤器装在代理服务器上。

4、不可否认数字签名

数字签名是用来保密组织之间传递的秘密协议，保证传递的个人信息的私有性。因此即使在收发双方发生了纠纷，仍然不希望参与验证签名合法的第三方能看到信息源文，这就需要限制验证合法性的第三方的权利。当然限制过多会使第三方失去判断和解决纠纷的能力，数字签名也就失去了它的价值。

能够解决上述问题的一种签名方案是不可否认数字签名，接收端对签名的验证过程必须在合法的发送者的参与下使用确认协议来完成，同时发送者也可以使用否认协议来证明签名是伪造的。当收发双方A、B发生纠纷时，则要求A、B在公开场合下执行否认协议，如果发送方A拒绝参与配合，则不打自招，说明此数字签名为真；否则，A只有通过该协议的所有步骤才能成功的否认此数字签名。

六、发展前景

由于电子商务、电子政务的普及，就使得数字签名技术有着更广泛的发展前景。而因特网的跨区域性、无边界性等特点，以及网上交易的迅猛发展等，都要求有相关法律条文在保护信息安全方面做出解释与界定。数字签名法就是信息安全法律的重要组成部分，2000年前后。美国、欧盟各国已经制定并颁布了数字签名法。我国的信息安全体系同样需要法规政策上的支持。我国2002年中期提交的《电子签章条例(草案)》，立足国情，充分吸收了国际成熟经验，将电子文档的法律效力纳入规范范围。2005年，中华人民共和国首部《电子签名法》开始实施。由此可见，只有在不断提高数字签名技术的同时，完善相关法规政策，才能促进并推动我国电子商务、电子政务的健康有序发展，从而促进我国信息安全体系的发展。

随着社会经济的高速发展和人们生活水平的日益提高，无纸化办公的趋势越来越明显，互联网的广泛普及与使用使得越来越多的个人、商业组织、研究和政府机构都依赖于网络就进行通信和研究工作，随着时间的推移数字签名在不知不觉中已融入我们的日常生活中，相信在不久的将来数字签名将不可避免的成为信息交流的主体。

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