自考-3密码技术的应用

发送方的私钥
发送方的公钥
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3 数字签名主要有三种模式：
智慧卡
• 使用者有一个像 信用卡一样的磁 卡，储存自己的 数字信息，使用 时在计算机上扫 描，然后输入自 己设定的密码即 可
密码式
• 使用者设定一个 密码，通过特定 的硬件，利用电 子笔在电子板上 签名后将信息存 入计算机。电子 板记录下签名的 形状，使用者签 名时的力度，写 字的速度等，以 防他人盗用签名
消息
H
消 息
附件
消 息
+
附件
compare
H
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散列函数的概念
Hash : 哈希函数，杂凑函数，散列函数
函数/算法

h
=
H
(m)
明文
哈希值 杂凑值 消息摘要
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哈希函数具有如下特性：
输入输出的 相关规定
1）可以操作任何大小的报文m； 2）给定任意长度的m，产生的h的长度固定； 不可逆性 3）给定m 计算h=H(m) 是容易的； 4）给定h, 寻找m，使得H(m)=h是困难的； 5）给定m ，要找到m’,m’≠ m 且 H(m)=H(m’)是计 算上不可行的； 6）寻找任何(x,y) ，x≠y ，使得H(x) =H(y)是计算上 不可行的。
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思考: 哈希函数和RSA加密的过程可 否交换先后顺序?
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数字签名的执行方式
数字签名的执行方式有两类： 直接方式和具 有仲裁的方式。 直接方式
直接方式是指数字签名的执行过程只有通信双方参 与，并假定双方有共享的秘密钥或接收一方知道发 方的公开密钥。
仲裁方式
即有第三方参与的签名方案
这种方式的数字签名还存在发方的秘密钥真的被偷的危 险，例如敌手在时刻T偷得发方的秘密钥，然后可伪造一 消息，用偷得的秘密钥为其签名并加上T以前的时刻作为 时戳。
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执行方式之二:具有仲裁 方式的数字签名
上述直接方式的数字签名所具有的缺陷都可通过使用仲 裁者得以解决。 和直接方式的数字签名一样，具有仲裁方式的数字签名 也有很多实现方案，这些方案都按以下方式运行：
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3.1.1 数据完整性
数据完整性或真确性,是指数据处于”未受损状态” 或”保持完整或未被分割的品质或状态” 保持数据完整性,是指在有自然或人为干扰的条件 下,网络系统保持发送方和接收方传送数据一致性 的能力,是保护数据不被未授权者修改\建立\嵌 入\删除及重复传送,或防止由其他原因使原始数 据被更改.
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数字签名的特点
（1）数字签名随文本的变化而变化 （2）数字签名与文本信息是不可分割的 （3）信息是由签名者发送的 （4）信息自签发后到收到为止未曾做过任何修改 （5）第三方仲裁
与传统签 名不同之 处
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数字签名与手工签名的区别
数字签名——数字的，因消息而异 手工签名——模拟的，因人而异
发方X对发往收方Y的消息签名后，将消息及其签名先发给 仲裁者A A对消息及其签名验证完后，再连同一个表示已通过验证的 指令一起发往收方Y 此时由于A的存在，X无法对自己发出的消息予以否认
在这种方式中，仲裁者起着重要的作用并应取得所有用 户的信任。
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例:仲裁方+单钥加密的 签名方案
CV0= IV CVq+1= SUM32 ( CVq, RFI[Yq ,RFH[Yq , RFG [Yq ,RFF[Yq ,CVq]]]]
Step 5 : 输出 。 所有L 个 512 bit 的分组处 理完之后，第L阶段的输出便是128bit 的报文摘 要
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MD5 的压缩函数
生物测定式
• 以使用者的身体 特征为基础，通 过特定的设备对 使用者的指纹、 面部、视网膜或 眼球进行数字识 别，从而确定对 象是否与原使用 者相同
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3.2.2 数字签名方案的分类
对整个消息的签名 对压缩消息的签名 若按明、密文的对应关系划分，每一种又可分为： 确定性数字签名：明文与密文一一对应，它对一 特定消息的签名不变化。 随机化或概率式数字签名：它对同一消息的签名 是随机变化的，取决于签名算法中的随机参数和 取值。
例,当l=1000时 例:当l=900时
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Step3: 初始化MD 缓存，4个32bit的寄存器 （A,B,C,D）,共128 bits
A= 01 23 45 67 B= 89 AB CD EF C=FE DC BA 98 D=76 54 32 10
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MD5 产生报文摘要的 过程(con.)
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RSA签名 VS DSS签名
采用RSA签名时，将消息输入到一个杂凑函数以产生一 个固定长度的安全杂凑值，再用发方的秘密钥加密杂凑值 就形成了对消息的签名。消息及其签名被一起发给收方， 收方得到消息后再产生出消息的杂凑值，且使用发方的公 开钥对收到的签名解密。这样收方就得了两个杂凑值，如 果两个杂凑值是一样的，则认为收到的签名是有效的。
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执行方式之一:直接方式
直接方式的数字签名有一公共弱点，即方案的有效性取 决于发方秘密钥的安全性。 如果发方想对已发出的消息予以否认，就可声称自己的 秘密钥已丢失或被窃，因此自己的签名是他人伪造的。 可采取某些行政手段，虽然不能完全避免但可在某种程 度上减弱这种威胁。
例如，要求每一被签名的消息都包含有一个时戳（日期和时 间）并要求密钥丢失后立即向管理机构报告。
数字签名与消息认证的区别
数字签名——第三者可以确认收发双方的消息传送
消息认证——只有收发双方才能确认消息的传送
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数字签名其实是伴随着数字化编码的消息一起发送 并与发送的信息有一定逻辑关联的数据项。 数字签名类似于MAC，但不同于MAC，数字签名可以 支持不可否认服务。
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3.2.3 数字签名原理
公钥密码系统的签名原理
A
PlainText A的私钥
B
加密 算法
cipher
解密 算法
PlainText
A向B 发送消息，用A的私钥加密（签名） B收到密文后，用A的公钥解密（验证）
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简化的RSA数字签名
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数字签名和加密同时使用
1 数字签名的定义
数字签名的 本质
数字签名的重要特性
数字签名(Digital Signature):指在数据电文中， 以电子形式所含、所附或在逻辑上与数据电文有 联系的数据，以及与数据电文有关的任何方法， 它可以用于认证数据电文有关的签字持有人和表 明此人认可数据电文所含信息。
数字签名的作用
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A
Y 加密 （签名） 加密 Z 解密 Y
B
解密 （验证）
X
X
KUb KRa KUa
KRb
产生密钥对
产生密钥对
Z= EKUb [Y] = EKUb [ EKRa (X) ] X= DKUa[Y] = DKUa [ DKRb (Z) ]
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散列函数与RSA结合的 签名方式
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3 密码技术的应用
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目 录
3 密码技术的应用
3.1 数据的完整性和安全性
3.2
3.3 3.4 3.5
数字签名
数字信封 混合加密系统 数字时间戳
本章重点:哈希函数；数字签名原理；几种特殊的数字签名
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3.1 数据的完整性和安全性
密码学除了为数据提供保密方法以外，还可以用于其 他的作用：
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数字签名的组成
签名算法——秘密的 验证算法——公开的
对M的签名可简记为： Sig（M）=s 或 Sigk（M）或 Sigk（M，k） 一个签名体制可由量（M，S，K，V）表示： • M是明文空间，即一切可能消息所构成的有限集合 • S是一切可能的签名集合 • K是有限密钥空间，是一些可能密钥的有限集合 • V证实函数的值域，由真、伪组成
报文m 1000..0 长度
512
512
512
512
Y0
512
Y1
512 MD5 cv1
Yq
512
YL-1
512
IV
寄 存 器
128 MD5
…
cvq
MD5
…
Cvq+1
MD5
CvL
摘要
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MD5 产生报文摘要的 过程(con.)
Step 4 : 处理每个报文分组（512 bits）。算 法的核心是4轮循环的压缩函数。 使用一个随机矩阵 T [i]= 232 abs (sin (i) ) i=1,2,..64
A
B
C
D
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其他散列算法
MD4 SHA, SHA-1
NIST 和NSA共同设计, 用在DSS中 基于MD4 设计，与MD5 非常相似 产生160 位 散列值
RIPE-MD
欧共体RIPE 项目 128 位散列值
Gost Haval
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3.2 数字签名
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MD5 产生报文摘要的 过程
Step1: 填充，使报文长度为512的倍数减64 Step2: 附加长度，将填充前的报文长度写入最 后的64比特，总长度N=L×512