项目5 加密与数字签名技术的应用
签名与加密算法设计与实现
签名与加密算法设计与实现随着网络技术的不断进步，网络安全问题也越来越受到人们的关注。
在保障网络安全方面，签名和加密技术扮演了至关重要的角色。
本文旨在探讨签名与加密算法的设计与实现。
一、签名算法设计与实现签名算法通常用于验证数字文件的真实性和完整性。
常见的签名算法包括RSA、DSA等。
RSA算法是一种基于大素数因子分解的算法。
其应用广泛，特别是在TLS、SSL等安全通信协议中。
RSA算法的实现需要进行大数运算，这使得其在效率上存在一定的问题。
可以通过采用多线程等手段进行优化。
DSA算法是一种基于离散对数的算法，通常用于数字签名。
DSA算法的实现比RSA算法更为优化，具有更高的效率。
DSA算法在实现时需要注意实现的正确性和安全性。
二、加密算法设计与实现加密算法的主要作用是对敏感信息进行保护，以避免信息在传输过程中被截获和篡改。
常见的加密算法包括DES、AES等。
DES算法是一种基于对称密钥的加密算法。
其核心原理是将明文分成64位的块，通过密钥进行加密，最终得到密文。
然而，由于DES算法的密钥长度较短，易受到暴力破解的攻击，安全性不足。
AES算法是一种基于高级加密标准的对称密钥加密算法。
其具有比DES算法更高的安全性和效率。
AES算法的实现需要注意密钥长度、填充方式等问题。
三、算法实现中的安全性问题在签名和加密算法的设计和实现过程中，安全性是至关重要的问题。
在实现时需要注意以下几个方面。
首先，密钥的安全性非常重要。
密钥的泄露可能导致加密算法的失效。
因此需要采取严格的密钥管理制度，确保密钥的安全性。
其次，算法的实现需要避免泄露敏感信息，例如明文、密钥等。
在实现时需要加入适当的安全措施，确保敏感信息不会被破解和篡改。
最后，算法的实现需要遵循一定的标准和规范。
目前，国际上广泛采用的标准有ISO和NIST等。
遵守标准和规范可以确保算法的正确性和安全性。
综上所述，签名和加密算法的设计与实现是网络安全的重要组成部分。
数字签名的应用实例
数字签名的应用实例
1. 电子商务：数字签名用于保护电子商务交易中的数据完整性、身份认证和不可抵赖性。
例如，在网上购物中，数字签名可以证明商家和消费者的身份，并保护购买订单的合法性和完整性。
2. 网上银行：数字签名用于保护网上银行账户的安全性，包括身份认证、交易合法性和数据完整性等方面。
数字签名确保每次交易都是由正确的人进行，且交易数据未被篡改。
3. 数字文档：数字签名用于证明电子文档的真实性和完整性。
例如，数字签名可以用于法律文书、医疗记录、企业合同等电子文档的签署，从而保证文档的有效性和可信度。
4. 数字证书：数字签名用于证明数字证书的真实性和完整性。
数字证书是一种用于认证身份的数字凭证，数字签名可以用于生成和验证数字证书，从而确保数字证书的安全性和有效性。
5. 电子邮件：数字签名可以用于保护电子邮件的隐私和安全性。
数字签名可以证明邮件的发送者身份，并保证邮件内容未被篡改。
6. 软件安全：数字签名用于验证软件的安全性和完整性。
数字签名可以确保软件的来源和完整性，避免恶意软件对计算机的攻击和破坏。
数据加密技术及其应用
数据加密技术及其应用数据加密技术是当今信息安全领域中至关重要的一部分，它通过对数据进行加密处理，以保障数据的机密性、完整性和可用性，从而防止数据被未经授权的访问者获取或篡改。
随着信息技术的迅猛发展，数据加密技术的应用范围也越来越广泛，涵盖了金融、医疗、电子商务等各个领域。
一、对称加密算法对称加密算法是一种将相同的密钥用于加密和解密的技术。
在这种算法中，发送方和接收方必须事先共享同一密钥，然后使用该密钥进行加密和解密操作。
常见的对称加密算法包括DES（数据加密标准）、AES（高级加密标准）等。
由于对称加密算法加解密速度快，适合处理大量数据，因此在许多领域得到广泛应用，如银行系统中的交易数据加密、电子邮件通信中的数据保护等。
二、非对称加密算法非对称加密算法使用一对密钥：公钥和私钥。
发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方再使用自己的私钥进行解密。
这种算法不需要事先共享密钥，因此更适合于网络环境下的安全通信。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）是最经典的非对称加密算法之一，广泛应用于数字签名、SSL/TLS通信等领域。
三、哈希函数哈希函数是一种将任意长度的输入数据映射为固定长度哈希值的函数。
它具有单向性和抗碰撞性的特点，即无法从哈希值反推出原始数据，并且很难找到两个不同的输入数据对应相同的哈希值。
常见的哈希函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。
哈希函数广泛应用于数据完整性校验、密码存储、数字签名等场景。
四、数据加密技术的应用1. 金融领域：在银行系统中，数据加密技术用于保护客户的账户信息、交易记录等敏感数据，防止黑客攻击和数据泄露。
2. 医疗领域：医疗信息系统中的患者病历、诊断报告等隐私数据需要得到有效保护，数据加密技术可以确保这些敏感信息不被未授权的人员访问。
3. 电子商务：在电子商务平台上，用户的个人信息、支付信息等需要得到有效保护，以防止信息泄露和欺诈行为。
数据加密技术可以确保用户的隐私安全。
数字签名技术及其在网络安全中的应用
目录摘要 (1)关键词 (1)1 数字签名概述 (1)2 数字签名意义 (2)3 数字签名的种类 (2)3.1 盲签名 (2)3.1.1 盲签名的安全性需求 (2)3.2 群签名 (3)3.2.1 群签名的算法 (3)3.2.2 群签名的安全性需求 (4)3.3 环签名 (4)3.3.1 环签名的适用场合举例 (4)3.3.2 环签名的安全性需求 (5)4 数字签名技术与网络安全 (5)4.1 网络带来的挑战 (6)总结 (7)致谢 (7)参考文献 (7)数字签名技术在网络安全中的应用Lynawu摘要数字签名也称电子签名，digital signature，是给电子文档进行签名的一种电子方法，是对现实中手写签名的数字模拟，在电子商务的虚拟世界中，能够在电子文件中识别双方交易人的真实身份，保证交易的安全性、真实性及不可抵懒性的电子技术手段。
实现电子签名的技术手段有很多种，但目前比较成熟的、许多先进国家普遍使用的电子签名技术还是“数字签名”技术，它力图解决互联网交易面临的几个根本问题：数据保密、数据不被篡改、交易方能互相验证身份、交易发起方对自己的数据不能否认。
数字签名技术在其中起着极其重要的作用，如保证数据的完整性、私有性和不可抵赖性等方面，占据了特别重要的地位。
目前群盲签名（blind signature ，group signature）方案效率不高，这样的电子现今系统离现实应用还有一段距离，因此研究高效的群签名方案，对于实现这样的系统具有重要意义。
关键词数字签名，网络安全，blind signature，group signature，Rivest1 数字签名概述电子文档包括在计算机上生成或存储的一切文件，如电子邮件、作品、合同、图像等。
数字签名也称电子签名，digital signature，是给电子文档进行签名的一种电子方法，是对现实中手写签名的数字模拟，在电子商务的虚拟世界中，能够在电子文件中识别双方交易人的真实身份，保证交易的安全性、真实性及不可抵懒性的电子技术手段。
常用的加密方法及应用场景
常用的加密方法及应用场景加密是将明文转换成密文的过程，是信息安全领域中重要的技术手段之一。
常用的加密方法有对称加密算法、非对称加密算法和哈希算法。
下面将详细介绍这些加密方法及其应用场景。
1. 对称加密算法：对称加密算法又称为私钥加密算法，是指加密和解密使用相同的密钥。
常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
应用场景：(1) 数据加密传输：对称加密算法可以保护数据在传输过程中的安全性。
例如，在进行网上银行转账时，可以使用对称加密算法对用户的交易信息进行加密，以防止被黑客窃取。
(2) 文件加密存储：对称加密算法可以用于对敏感文件进行加密存储，以防止文件被未授权的人访问。
例如，企业可以使用对称加密算法对公司机密文件进行加密，确保信息不会泄露。
2. 非对称加密算法：非对称加密算法也称为公钥加密算法，是指加密和解密使用不同的密钥。
常见的非对称加密算法有RSA、ECC等。
应用场景：(1) 数字签名：非对称加密算法可以用于生成数字签名，用于验证数据的完整性和真实性。
例如，在电子商务中，买家可以使用卖家的公钥对订单进行签名，确保订单在传输过程中不被篡改。
(2) 密钥交换：非对称加密算法可以用于安全地交换密钥。
例如，在网络通信中，可以使用非对称加密算法对会话密钥进行加密，并通过非安全信道将其发送给通信方，确保密钥只有合法的通信方可以得到。
3. 哈希算法：哈希算法是一种将任意长度的数据映射为固定长度散列值的算法。
常见的哈希算法有MD5、SHA-1、SHA-256等。
应用场景：(1) 数字指纹：哈希算法可以用于生成数据的唯一标识，用于鉴别数据的完整性。
例如，在文件传输过程中，发送方可以对文件进行哈希运算并将生成的哈希值发送给接收方，接收方可以通过对接收的文件再次进行哈希运算，并将结果与发送方的哈希值进行比对，以确保文件的完整性。
(2) 密码存储：哈希算法可以用于密码的存储。
由于哈希函数是单向的，无法从哈希值反推出原始密码，因此可以将用户的密码哈希存储在数据库中，提高密码的安全性。
实验四数字证书实验
实验四数字证书实验实验四数字签名及邮件加密技术的应用一、实验目的：1、了解电子商务数字签名技术、邮件加密技术等术语。
2、掌握数字证书的知识。
2、了解如何利用Foxmail5.0进行邮件加密和数字签名二、实验设备及软件服务器、PC机、交换机组成的网络，Foxmail软件三、实验内容和要求：1、登陆百度、google等利用搜索引擎对1）密钥、公有密钥，2）数字签名及其作用，3）找到数字签名技术应用进行搜索，了解其含义及作用，并记录下来。
答:1) ○A.密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的数据.密钥分为两种：对称密钥与非对称密钥.对称密钥加密——又称公钥加密，即信息的发送方和接收方用一个密钥去加密和解密数据。
它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，但密钥管理困难。
非对称密钥加密系统——又称私钥密钥加密。
它需要使用一对密钥来分别完成加密和解密操作，一个公开发布，即公开密钥，另一个由用户自己秘密保存，即私用密钥。
信息发送者用公开密钥去加密，而信息接收者则用私用密钥去解密。
私钥机制灵活，但加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。
○B公有密钥是非对称密钥加密系统中一对密钥的其中一个密钥。
它是用于发送者加密内容的。
2)数字签名——基于ＰＫＩ（公钥基础设施）的电子签名。
通过公开密钥算法来实现，在公开密钥算法中密钥被分为彼此不同的一对公钥和私钥，用其中一把密钥加密的密文只能被另一把密钥解开。
作用——身份认证。
收方通过发方的电子签名能够确认发方的确切身份，但无法伪造其签名。
完整性。
通信的内容无法被篡改。
不可抵赖。
发方一旦将电子签字的信息发出，就不能再否认。
3）数字签名技术应用，了解其含义及作用——数字加密及签名技术应用于疫情网络直报系统中。
我国目前在疾病预防控制系统建立了专用的疫情直报网，为了保护疫情报告的机密性、完整性，另一方面为了鉴定报告收发双方的身份，以及收发方的不可否认性的验证，应用数字加密及解密、数字签字在疫情网络直报系统中，从而可以使疫情直报工作更加保密，更快捷高效。
数字签名应用场景
数字签名应用场景数字签名是指利用非对称加密算法，通过数字证书和私钥对数据进行加密，确保数据的完整性和真实性。
随着网络技术的飞速发展，数字签名在各个领域得到广泛应用。
本文将介绍数字签名的几个应用场景，分别是电子合同、电子票据、网络支付和电子邮件。
一、电子合同电子合同是指在网络环境下以电子形式生成、传送、存储和签署的合同。
传统的纸质合同需要双方亲自签字，费时费力，且容易造成合同篡改等问题。
而利用数字签名技术，可以在合同生成后对合同内容进行数字化处理，通过私钥进行签名，确保合同的完整性和真实性。
电子合同方便快捷，具备法律效力，已经成为各类合同签署的首选方式。
二、电子票据电子票据是指以电子方式生成、传输和存储的票据形式。
传统的纸质票据容易丢失、篡改和被冒用，给票据交易带来了一系列风险。
而数字签名技术可以有效解决这些问题。
使用数字签名对电子票据进行签名，可以保障票据的真实性、完整性和不可抵赖性。
数字签名还可以记录票据的签署时间和地点等信息，方便日后的查证和追溯。
三、网络支付随着电子商务的发展，网络支付成为了人们生活中不可或缺的一部分。
数字签名在网络支付过程中起到了重要作用。
在进行交易时，买家和卖家可以通过数字签名对交易内容进行签名，确保交易双方的身份和交易信息的准确无误。
数字签名还可以防止交易过程中的数据篡改和交易纠纷的发生。
因此，数字签名在网络支付中广泛应用，并提升了支付的安全性和可靠性。
四、电子邮件在日常工作和生活中，电子邮件被广泛使用。
然而，电子邮件的传输过程中存在着很多安全隐患，比如邮件被非法截取、篡改或冒用等。
为了确保电子邮件的安全性，数字签名技术被引入到电子邮件系统中。
通过使用数字签名对邮件进行签名，可以验证邮件的发件人身份，并且防止邮件内容被篡改。
数字签名还可以证明邮件的完整性和抵达时间，提高邮件的可信度。
总结：数字签名作为一种安全、可靠的认证手段，在电子合同、电子票据、网络支付和电子邮件等场景中发挥了重要作用。
数字签名技术与应用.ppt
根据哈希函数的特性，我们可以让简短的摘要 来“代表”信息本身，如果两个摘要H和H’完全 符合，证明信息是完整的；如果不符合，就说 明信息被人篡改了。 哈希函数的安全性直接关系到数字签名的安全 性，如果哈希函数被攻破，数字签名的有效性 就会受到质疑。 目前，已经发明的Hash函数有多种，如Snefru、 N-Hash、LOKI、AR、GOST、MD、SHA等。 它们在数学上实现的方法各有不同，安全性也 各有不同。目前比较常用的Hash函数是MD5和 SHA-1。
6.3ElGamal签名
3．验证过程 收信人收到（M，r，s），先计算H （M），并按下式验证签名 y r r s g H ( M ) mod p 这是因为 y r r s g rx g sk g (rs sk ) mod p ，由上式 有 (rx sk ) H (M ) mod(p 1) r s H (M ) y r g mod p 故有 在此方案中，对同一消息M，由于随机数 K不同而有不同的签名（M，r，s）。
数字签名与加密的区别
消息签名与消息加密有所不同，消息加密和解 密可能是一次性的，它要求在解密之前是安全 的。 而一个签名的消息可能作为一个法律上的文件 (如合同等)，很可能在对消息签署多年之后才验 证其签名，且可能需要多次验征此签名。 因此，签名的安全性和防伪造的要求会更高， 且要求证实速度比签名速度要快些。特别是联 机在线时进行实时验证。
4.2RSA签名
这里有一个RSA加密的示例，同样为了简洁起见， 在这个例子中使用的数字都很小。 Bob选择了质数p=5和q=11，然后把这两个数字 相乘，从而得到模数n=55。 Bob计算出f(n)=(p-1)*(q-1)=4*10=40 Bob选择一个数字e，e与40是互质数。40的质因 数是2、2、2、5和1，所以Bob选择的私有指数 e=3。 Bob选择了一个公共指数d=3(-1)mod 40。这个 模数反函数实际上是非常困难的，但是对于所用 的这些小数字，可以看到 27*3mod40=81mod40=1。所以d=27。
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【项目分解】
口任务1：标书文件加密和解密
任务1-1 加密文件 任务1-2 解密文件
口任务2：电子邮件加密 口任务3：数字签名在电子邮件中的应用
任务3-1 申请数字证书 任务3-2 发送带数字签名的邮件
【任务实施】
任务1：标书文件加密和解密
任务1-1加密文件
教师讲授
1．EFS介绍 2．加密文件
文件和数 字签名
数字证书 的验证
同事
用户的同事从CA机构查到用 户的数字证书，用证书中的 公开密钥对签名进行验证。
22
【任务实施】
任务3 数字签名在电子邮件中的应用
任务3-2 发送带数字签名的邮件 1．发送加密邮件 2．发送带数字签名的加密邮件
3．接收带数字签名的邮件 教师讲授
【拓 展 任 务】
17
数字签名的工作原理
假定Green需要传送一份文件给Star。 Star需要确认： 合同的确是Green发送的
合同在传输途中未被修改
合同
哈希算法 标记 非对称加密算法
网络信道
合同
哈希算法 标记-1
比较 标记-2 非对称解密算法
如果两标 记相同， 则符合上 述确认要 求。
Alice的私有密钥 Alice
Alice的公开密钥
Bob
18
数字签名的作用
唯一地确定签名人的身份； 对签名后信件的内容 是否又发生变化进行验证； 发信人无法对信件的内容进行抵赖。
当我们对签名人同公开密钥的对应关 系产生疑问时，我们需要第三方颁证机构 （CA: Certificate Authorities）的帮助。
19
数字证书
教师讲授+学生演示+学生实践
【任务实施】
任务3 数字签名在电子邮件中的应用
任务3-1 申请数字证书
1．下载和安装Foxmail 6.0软件
2．申请并安装数字证书
3．邮件账号与数字证书绑定
4．撰写邮件
教师讲授
数字签名
数字签名（digital signature）技术通过 某种加密算法，在一条地址消息的尾部添加 一个字符串，而收信人可以根据这个字符串 验明发信人的身份，并可进行数据完整性检 查。
任务编号
005-7
任务名称 BIOS口令设置与破解
计划工时
90min
任务描述
未来公司老总以前的一台计算机很久没有使用了，密码已经忘记， 但该机器上还有一些数据非常有用，如何进入计算机来获取这些数 据呢？
任务分析
（1）设置BIOS （2）破解密码，进入系统
学生自主完成
公钥
NTFS
3：如何理解“EFS加密系统对用户是透明的”这句话？
4： “EFS加密的用户验证过程是在登录Windows时进 行的，只要登录到Windows，就可以打开任何一个被 授权的加密文件。”的描述是否正确？
• 5：数据加密模型
明文 加密算法 加密密钥
密文 网络信道
明文 解密算法 解密密钥
信息窃取者
项目
加密
本讲概要
本讲就将通过对常见文件的加密操作来阐述加密的含义和作用， 并采用第三方软件（如PGP）加密电子邮件来介绍数字签名技术， 从而掌握加密和数字签名这两种在Internet上广泛应用的技术。具 体如下：
数据加密技术（Encryption）
PGP
数字签名技术
2
课前导入
• 检查项目4课后拓展任务
10
• 6：EFS加密操作
步骤1：选中NTFS分区中的一个文件；
步骤2：点击鼠标右键，选择“属性”命令；
步骤3：在出现的对话框中点击“常规”选项卡，然后点击“高 级”按钮；
步骤4：在出现的对话框中选中“加密内容以便保护数据”选项 ，点击“确定”即可。
11
?：什么时候会出现这个图标
12
问题
1.其他人想共享经过EFS加密的文件或文件夹，该怎么办？
如:目前通用的X.509证书
21
申请数字证书，并利用它发送电子邮件
用户向CA机构申请一份数字证书，申请过程 会生成他的公开/私有密钥对。公开密钥被发 送给CA机构，CA机构生成证书，并用自己的 私有密钥签发之，然后向用户发送一份拷贝。
用户
证书申请
CA
签发的数
字证书
用户把文件加上 签名，然后把原 始文件同签名一 起发送给自己的 同事。
数字证书相当于电子化的身份证明，应有值 得信赖的颁证机构（CA机构）的数字签名，可以 用来强力验证某个用户或某个系统的身份及其公开 密钥。
数字证书既可以向一家公共的办证机构申请， 也可以向运转在企业内部的证书服务器申请。这些 机构提供证书的签发和失效证明服务。
20
数字证书中的常见内容
发信人的公开密钥； 发信人的姓名； 证书颁发者的名称； 证书的序列号； 证书颁发者的数字签名； 证书的有效期限。
2.重装系统后，使原来由EFS加密的文件无法打开， （1）为什么会无法打开 （2）怎样能打开？
SID(安全标示符)的改变 备份证书
3.怎样备份证书？
13
任务1-2 解密
3．用备份的密钥解密文件或文件夹 （1）备份证书 （2）导入证书
【任务实施】
任务2：电子邮件加密
1．下载、安装PGP软件 2．PGP密钥生成 3．PGP密钥发布 4．加密电子邮件 5．测试
• 为了能够让重要文件或邮件等信息安全地通过网络传输， 通常对这些文件和邮件采用加密和数字签名技术，这样即 使文件或邮件被非法用户获取，也因为文件是加密的而致 使获取者无法获取有用信息。
本讲知识目标
了解加密技术、数字签名技术的含义和作用; 了解密码学的历史; 知道EFS、PGP工作原理和工作过程; 知道各种加密和数字签名技术的功能; 学会安全性能的分析和保障设置; 掌握EFS加密技术、PGP数字签名技术的配置和使用；
本讲技能目标
能使用EFS技术对文件进行加密 能独立应用PGP技术加密电子邮件 熟练掌握在电子邮件中应用数字签名技术
【项目描述】
• 北京的强胜网络公司与长沙的未来网络公司是多年的商务合作伙伴，最近 两家公司联手竞标上海的一个企业网络构建项目，但由于空间的分隔，该标书 在由未来公司的老板Green起草，并审核签名后将通过网络传递给强胜公司的 老总Star。 • 自从该项目招标以来，许多家网络公司纷纷摩拳擦掌、跃跃欲试，并想 方设法获取别家的标书或破坏别家的议案。强胜和未来两大网络公司在利用网 络传输标书时，要确保在传输过程中不出现意外，以防止被第三家公司获取， 于是两家公司在标书文件的安全传递上需要作一番文章。
（1）在资源管理器上对文件和文件夹进行加密
（2）在命令提示符下进行文件和文件夹加密
教师讲授+学生跟做
【课前检测】
1：说明EFS、RSA的含义？
Encrypting File System加密文件系统 公钥加密算法 非对称加密标准
2：EFS加密是基于（ ）策略的。是windows2000以上版
本中为（ ）文件系统上的文件进行加密。