数字签名课程设计

1.RSA数字签名的目的和意义RSA公开密钥加密算法自20世纪70年代提出以来，已经得到了广泛认可和应用。

发展至今，电子安全领域的各方面已经形成了较为完备的国际规范。

RSA作为最重要的公开密钥算法，在各领域的应用数不胜数。

RSA在硬件方面，以技术成熟的IC应用于各种消费类电子产品。

RSA在软件方面的应用，主要集中在Internet上。

加密连接、数字签名和数字证书的核心算法广泛使用RSA。

日常应用中，有比较著名的工具包Open SSL(SSL，Security Socket Layer,是一个安全传输协议，在Internet上进行数据保护和身份确认。

Open SSL是一个开放源代码的实现了SSL及相关加密技术的软件包，由加拿大的Eric Yang 等发起编写的。

Open SSL应用RSA实现签名和密钥交换，已经在各种操作系统得到非常广泛的应用。

另外，家喻户晓的IE浏览器，自然也实现了SSL协议，集成了使用RSA技术的加密功能，结合MD5和SHA1，主要用于数字证书和数字签名，对于习惯于使用网上购物和网上银行的用户来说，几乎天天都在使用RSA技术。

RSA更出现在要求高度安全稳定的企业级商务应用中。

在当今的企业级商务应用中，不得不提及使用最广泛的平台j2ee。

事实上，在j2se的标准库中，就为安全和加密服务提供了两组API：JCA和JCE。

JCA (Java Cryptography Architecture)提供基本的加密框架，如证书、数字签名、报文摘要和密钥对产生器；JCA由几个实现了基本的加密技术功能的类和接口组成，其中最主要的是java.security包，此软件包包含的是一组核心的类和接口，Java中数字签名的方法就集中在此软件包中。

JCE(Java Cryptography Extension) 在JCA的基础上作了扩展，JCE也是由几个软件包组成，其中最主要的是javax.crypto 包，此软件包提供了JCE加密技术操作API。

javax.crypto中的Cipher 类用于具体的加密和解密。

在上述软件包的实现中，集成了应用RSA 算法的各种数据加密规范(RSA算法应用规范介绍参见：/rsalabs/node.asp?id=2146 ，这些API内部支持的算法不仅仅只有RSA，但是RSA是数字签名和证书中最常用的)，用户程序可以直接使用java标准库中提供的API进行数字签名和证书的各种操作。

2．数字签名算法的基本框架1．密钥的产生①选择两个保密的大素数P和q。

②计算N=p q，≯(N) =(p-1)(g-1)，其中≯(N)是N的欧拉函数值。

③选择一个整数e，满足l<e<≯(N)，且g c d(≯(N)，e)≡1。

④计算私钥d(解密密钥)，满足e d≡l(mod≯(N))，d是e在模≯(N)下的乘法逆元。

⑤以(e, n)为公钥，(d ,N)为密钥，销毁p，q，≯(N)。

2．加密加密时首先将明文比特串进行分组，使得每个分组对应得串在数值上小于N，即分组的二进制长度小于l092N。

然后，对每个明文分组M，作加密运算：C=E k(M)=M e mod N3．解密对密文分组的解密运算为：M=D k (C) =C d mod N由定理1和定理2可以证明解密运算能恢复明文M并非所有的公开密钥系统，均可同时达到秘密性与数字签名功能。

一般而言，一公开密钥系统若作为密码系统，则无法作为数字签名，反之亦然。

只有很少数的系统可同时作为密码系统和数字签名，如本文讨论的RSA系统。

RSA签名算法如下：设N=p q，且p和q是两个大素数，e和d满足e d≡l(mod ≯(N))。

公开密钥：N，e私有密钥：d签名过程：发送方使用自己的私钥d对明文m进行数字签名变换：y=x d mod N：并将加密后的消息和签名y发送给接收方；验证过程：接收方使用发送方的公钥e对收到的消息y进行数字签名验证变换x’=y e mod N，并使用发送方的密钥解密恢复消息x，比较x’与x，如果x’=x则证实发送方的身份合法。

这样，用户A若想用RSA签名方案对消息x签名，他只需公开他的公钥N和e，由于签名算法是保密的，因此A是唯一能产生签名的人，任何要验证用户A 签名的用户只需查到A的公钥即可验证签名。

对于实现签名和公钥加密的组合，常用方法是：假定通信双方为A和B。

对于明文x，A计算他的签名y=x d mod N，然后利用B的公开加密函数E B对信息对(x, y)加密得到Z，将密文Z传送给B，当B 收到密文Z后，他首先用他的解密函数D B来解密得到(x，y)=D B (Z)= D B(E B(x，y))，然后利用A的验证算法来检查x’=x=y e mod N是否成立。

3.主要模块的算法以及关键代码①．文件选择模块的主要算法及关键代码CfileDialog dlg(TRUE,NULL,".\\签名的文件",OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,NULL,NULL) ;if(dlg.DoModal()==IDOK){m_file_sign=dlg.GetPathName();}else m_file_sign="";UpdateData(FALSE);②．保存公钥的文件路径的主要算法及关键代码CFileDialog dlg(FALSE,NULL,".\\公钥",OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,NULL,NULL) ;if(dlg.DoModal()==IDOK){m_pkey_sign=dlg.GetPathName();}else m_pkey_sign="";UpdateData(FALSE);③．保存签名后的文件的路径主要算法及关键代码CFileDialog dlg(FALSE,NULL,".\\签名后的文件",OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,NULL,NULL) ;if(dlg.DoModal()==IDOK){m_signed_sign=dlg.GetPathName();}else m_signed_sign="";UpdateData(FALSE);④．数字签名的主要算法及关键代码HCRYPTPROV hProv;//秘钥容器句柄BYTE *pbBuffer;//被签名的数据HCRYPTHASH hHash;HCRYPTKEY hKey;BYTE *pbKeyBlob; //签名者得公钥数据BYTE *pbSignature; //数字签名DWORD dwSigLen;DWORD dwBlobLen;DWORD dwBufferLen;LPTSTR szDescription = "";CFile m_pubkey_file,m_sign_file,m_signdatafile;if(m_pkey_sign==""||!m_pubkey_file.Open(m_pkey_sign,CFile:: modeCreate|CFile::modeReadWrite)){MessageBox("请选择正确的保存公钥的文件路径");return;}if(m_file_sign==""||!m_signdatafile.Open(m_file_sign,CFile::mo deReadWrite)){MessageBox("请选择正确的文件路径");return;}if(m_signed_sign==""||!m_sign_file.Open(m_signed_sign,CFile:: modeCreate|CFile::modeReadWrite)){MessageBox("请选择正确保存数字签名的文件路径");return;}UpdateData(TRUE);m_state_sign="";//获取缺省的秘钥容器if(CryptAcquireContext(&hProv,NULL,NULL,m_prov_sign,0)){m_state_sign+="已获取CSP上下文,秘钥生成算法："+GetProvType(m_prov_sign)+"\n";}else//密钥容器不存在创建之{if(CryptAcquireContext(&hProv,NULL,NULL,m_prov_sign,CRYPT_NEWKEYSET))m_state_sign+="已创建一个新的密钥容器,秘钥生成算法："+GetProvType(m_prov_sign)+"\n";else{ m_state_sign+=MyHandleError("在获取CSP时发生错误，程序停止.");UpdateData(FALSE);return;}}// 从密钥容器中取数字签名用的密钥if(CryptGetUserKey(hProv,AT_SIGNATURE,&hKey))m_state_sign+="签名密钥已经获取. \n";else{if(GetLastError() == NTE_NO_KEY) //密钥容器里不存在signature key pair创建之{if(CryptGenKey(hProv, //CSP句柄AT_SIGNATURE, //创建的密钥对类型为signature key pair0, //key类型，这里用默认值&hKey)) //创建成功返回新创建的密钥对的句柄m_state_sign+="创建一个秘钥对\n";else{ m_state_sign+=MyHandleError("在创建签名密钥对时发生错误,程序停止.\n"); UpdateData(FALSE);return;}}else{m_state_sign+=MyHandleError("在获取签名密钥时发生错误，程序停止.");UpdateData(FALSE);return;}}// 因为接收消息者要验证数字签名，所以要导出公钥给接收者。

if(CryptExportKey(hKey,NULL,PUBLICKEYBLOB,0,NULL,&dwBlobLen)) //得到公钥的大小m_state_sign+="已获取公钥的大小,";else{ m_state_sign+=MyHandleError("计算公钥大小时发生错误，程序停止.");UpdateData(FALSE);return;}// 为存储公钥的缓冲区分配内存。