密碼學(xué)基礎(chǔ)課件：第十五講 數(shù)字簽名與PKI

1、第十五講 數(shù)字簽名與PKI數(shù)字簽名PKI數(shù)字簽名數(shù)字簽字：數(shù)字簽字在信息安全，包括身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性、不可否認(rèn)性以及匿名性等方面有重要應(yīng)用，特別是在大型網(wǎng)絡(luò)安全通信中的密鑰分配、認(rèn)證以及電子商務(wù)系統(tǒng)中具有重要作用。數(shù)字簽字是實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的重要工具。身份證明：在一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)和爭(zhēng)斗的現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，身份欺詐是不可避免的，因此常常需要證明個(gè)人的身份。 傳統(tǒng)的身份證明一般靠人工的識(shí)別，正逐步由機(jī)器代替。在信息化社會(huì)中，隨著信息業(yè)務(wù)的擴(kuò)大，要求驗(yàn)證的對(duì)象集合也迅速加大，因而大大增加了身份驗(yàn)證的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)的困難性。數(shù)字簽字基本概念 隨著計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字(或電子)簽字法應(yīng)運(yùn)而生，并用于商業(yè)通信系統(tǒng)，如電子

2、郵遞、電子轉(zhuǎn)賬和辦公自動(dòng)化等系統(tǒng)。過(guò)去依賴于手書簽字的各種業(yè)務(wù)都可用這種電子數(shù)字簽字代替，它是實(shí)現(xiàn)電子貿(mào)易、電子支票、電子貨幣、電子購(gòu)物、電子出版及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等系統(tǒng)安全的重要保證。 數(shù)字簽字應(yīng)滿足的要求： 收方能夠確認(rèn)或證實(shí)發(fā)方的簽字，但不能偽造，簡(jiǎn)記為R1-條件。發(fā)方發(fā)出簽字的消息給收方后，就不能再否認(rèn)他所簽發(fā)的消息，簡(jiǎn)記為S-條件。收方對(duì)已收到的簽字消息不能否認(rèn)，簡(jiǎn)記作R2-條件。 第三者可以確認(rèn)收發(fā)雙方之間的消息傳送，但不能偽造這一過(guò)程，簡(jiǎn)記作T-條件。 與手書簽字的區(qū)別：手書簽字是模擬的，且因人而異。數(shù)字簽字是0和1的數(shù)字串，因消息而異。 與消息認(rèn)證的的區(qū)別：消息認(rèn)證使收方能驗(yàn)證消息

3、發(fā)送者及所發(fā)消息內(nèi)容是否被竄改過(guò)。當(dāng)收發(fā)者之間沒(méi)有利害沖突時(shí)，這對(duì)于防止第三者的破壞來(lái)說(shuō)是足夠了。但當(dāng)收者和發(fā)者之間有利害沖突時(shí)，就無(wú)法解決他們之間的糾紛，此時(shí)須借助滿足前述要求的數(shù)字簽字技術(shù)。 安全的數(shù)字簽字實(shí)現(xiàn)的條件：發(fā)方必須向收方提供足夠的非保密信息，以便使其能驗(yàn)證消息的簽字;但又不能泄露用于產(chǎn)生簽字的機(jī)密信息，以防止他人偽造簽字。任何一種產(chǎn)生簽字的算法或函數(shù)都應(yīng)當(dāng)提供這兩種信息，而且從公開的信息很難推測(cè)出用于產(chǎn)生簽字的機(jī)密信息。此外，還有賴于仔細(xì)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議。 數(shù)字簽字的種類：（1）對(duì)整體消息的簽字，（2）對(duì)壓縮消息的簽字。若按明、密文的對(duì)應(yīng)關(guān)系劃分，每一種中又可分為兩個(gè)子類：（a）

4、確定性(Deterministic)數(shù)字簽字，其明文與密文一一對(duì)應(yīng)，它對(duì)一特定消息的簽字不變化，如RSA、Rabin等簽字；(b) 隨機(jī)化的(Randomized)或概率式數(shù)字簽字。 簽字體制的組成：一個(gè)簽字體制可由量(M , S , K , V)其中M 是明文空間， S 是簽字的集合， K 是密鑰空間， V 是證實(shí)函數(shù)的值域，由真、偽組成。 (1) 簽字算法：對(duì)每一MM和每一kK，易于計(jì)算對(duì)M的簽字 S=Sigk(M)S 簽字算法或簽字密鑰是秘密的，只有簽字人掌握； (2)驗(yàn)證算法： Verk(S, M)真，偽=0，1 證實(shí)算法應(yīng)當(dāng)公開，已知M，S易于證實(shí)S是否為M的簽字，以便于他人進(jìn)行驗(yàn)證。 體制的安全性：從M和其簽字S難于推出K或偽造一個(gè)M使M和S可被證實(shí)為真。UF-CMA 與消息加密不同點(diǎn)：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；而一個(gè)簽字的消息可能作為一個(gè)法律上的文件，如合同等，很可能在對(duì)消息簽署多年之后才驗(yàn)證其簽字，且可能需要多次驗(yàn)證此簽字。因此，簽字的安全性和防偽造的要求更高些，且要求證實(shí)速度比簽字速度還要快些，特別是