深入浅出密码学（下）

前言

在之前的文章《深入浅出密码学（上）》与《深入浅出密码学（中）》，笔者为大家介绍了密码学中的加密、单向散列函数与消息认证码的概念与应用。这里带大家简单回顾一下，在网络通信中，消息存在被窃听的风险，因此我们需要对消息进行加密来防止消息被窃听。而如果我们需要保证消息的完整性或一致性，则可以使用单向散列函数。而单向散列函数的局限性是无法对通信双方进行认证，即无法证明某条消息是某个人发出的，因此我们还需要消息认证码来解决消息认证的问题。然而消息认证码仍然不是十全十美的，其无法解决“否认”的问题，即仅仅使用消息认证码存在“抵赖”的风险。那么有什么方法来弥补消息认证码的缺点呢？下文将为大家揭晓答案。

数字签名

在《深入浅出密码学（中）》一文中，我们知道消息认证码之所以无法防止否认，其原因是在消息认证码的使用过程中需要使用到共享密钥。因此如果要防止否认，那么可以考虑不使用共享密钥的其他方式对消息进行认证，而数字签名就是这样一种消息认证方式。

数字签名的使用过程中主要涉及以下两种行为：

1. 生成消息签名

2. 验证消息签名

生成消息签名由消息发送者完成，验证消息签名一般由消息接接收者完成，如果消息签名验证通过则可证明消息是由可信的发送方发送的。数字签名之所以可以防止否认，是因为生成消息签名跟验证消息签名是使用不同的密钥来完成的。消息发送者使用“签名密钥”对消息进行签名，消息接收者使用“验证密钥”对消息进行验证，且签名阶段只能使用“签名密钥”无法使用“验证密钥”进行签名。此外“签名密钥”只能由消息发送者持有，不可泄露，而“验证密钥”则是公开的，任何需要对消息进行认证的人都能获取到。

大家有没有觉得数字签名与之前谈到的非对称加密有点类似呢？实际上，数字签名可以看成是把非对称加密“反过来用”。非对称密钥是消息发送者使用公钥进行加密，消息接收者使用私钥进行解密。而数字签名是消息发送者使用私钥生成签名，而消息接收者使用公钥对签名进行验证。两者的区别见下表：

数字签名的使用方式

加下来介绍下数字签名的使用方式，一般有如下两种使用方式：

1. 直接对消息进行签名

2. 对消息的散列值进行签名

由于在通信的过程中，消息的体积可能非常大，如果直接对消息进行签名的话会非常耗时，所以在实际中用的比较多的还是对消息的散列值进行签名，在这里我们也只详细介绍对消息的散列值进行签名这种方式。以下是对消息的散列值进行签名和验证的过程：

因为数字签名中生成签名跟验证签名使用的是不同的密钥，因此数字签名可以防止否认，同时也能识别篡改，因为即使消息被修改了1比特，其计算出来的签名也会相差很大。再者，由于数字签名不需要共享密钥，因此也不存在密钥的配送问题。然而要使用数字签名还有一个前提条件就是，必须验证公钥的持有者确实是属于消息的发送者。即使数字签名再强大，如果你得到的公钥是伪造的，那么数字签名也会完成失效。而为了确保公钥确实是由消息的发送者发布的，则可以使用证书。有兴趣的朋友自己查资料进行深入了解。

关于密码学的基础知识就介绍到这里了。

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