2017年數(shù)字簽名技術(shù)論文(2)
2017年數(shù)字簽名技術(shù)論文篇二
淺談數(shù)字簽名技術(shù)及數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：當(dāng)今社會(huì)網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題同樣無(wú)處不在!隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速發(fā)展，信息安全和保密問(wèn)題越來(lái)越重要，而密碼學(xué)是信息安全的重中之重。在密碼學(xué)中，數(shù)字簽名技術(shù)以其在保證數(shù)據(jù)的完整性、私有性和不可抵賴(lài)性方面占據(jù)了相當(dāng)?shù)牡匚?。本文介紹了基于RSA算法的數(shù)字簽名技術(shù)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)單向傳遞數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)安全;數(shù)字簽名;RSA數(shù)據(jù)加密
中圖分類(lèi)號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1.概述
我們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常會(huì)需要簽名，比如我們刷卡購(gòu)物時(shí)，這是為了防止我們對(duì)自己行為否認(rèn)的一種手段。在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字簽名就是同樣的一種存在。而數(shù)據(jù)加密技術(shù)不僅能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字簽名、認(rèn)證和鑒別等多種功能，從而保障了在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和確認(rèn)性。本文介紹了數(shù)字簽名及其實(shí)現(xiàn)，并使用ElGamal算法，設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)。
2.RSA數(shù)字簽名算法
RSA數(shù)字簽名算法是Diffie和Hellman提出數(shù)字簽名思想后的第一個(gè)數(shù)字簽名算法，是由Rivest、Shamir和Adleman三人共同完成的，該算法源于RSA公鑰密碼算法思想，是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字簽名算法[1]。
2.1數(shù)字簽名
數(shù)字簽名是指附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)，或是對(duì)數(shù)據(jù)單元所作的密碼變換。這種數(shù)據(jù)或變換能使數(shù)據(jù)單元的接收者確認(rèn)數(shù)據(jù)單元的來(lái)源和數(shù)據(jù)的完整性，并保護(hù)數(shù)據(jù)，防止被人進(jìn)行偽造[2]。數(shù)字簽名針對(duì)以數(shù)字形式存儲(chǔ)的消息進(jìn)行處理，產(chǎn)生一種帶有操作者身份信息的編碼。執(zhí)行數(shù)字簽名的實(shí)體稱(chēng)為簽名者，簽名過(guò)程中所使用的算法為簽名算法，本文中我們使用RSA算法，操作中生成的編碼為簽名者對(duì)該消息的數(shù)字簽名。
數(shù)字簽名技術(shù)是將摘要信息用發(fā)送者的私鑰加密，與原文一起傳送給接收者。接收者只有用發(fā)送的公鑰才能解密被加密的摘要信息，然后用HASH函數(shù)對(duì)收到的原文產(chǎn)生一個(gè)摘要信息，與解密的摘要信息對(duì)比。如果相同，則說(shuō)明收到的信息是完整的，在傳輸過(guò)程中沒(méi)有被修改，否則說(shuō)明信息被修改過(guò)，因此數(shù)字簽名能夠驗(yàn)證信息的完整性。 數(shù)字簽名算法包含簽名和驗(yàn)證兩項(xiàng)操作，遵循“私鑰簽名，公鑰驗(yàn)證”的簽名/驗(yàn)證方式。通過(guò)數(shù)字簽名能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原始信息的鑒別和不可抵賴(lài)性。
2.2非對(duì)稱(chēng)密鑰加密體制
非對(duì)稱(chēng)密鑰加密體制又稱(chēng)公鑰加密體制。該體制的特性是，從公鑰推導(dǎo)出私鑰幾乎不可能，用公鑰密鑰對(duì)明文進(jìn)行加密，只能用私鑰密鑰對(duì)其進(jìn)行解密。公開(kāi)密鑰都是在某些數(shù)學(xué)上的難解的問(wèn)題上發(fā)展而來(lái)的。公開(kāi)密鑰加密體制的優(yōu)點(diǎn)有：加密密鑰是公開(kāi)的，用戶(hù)之間不需要傳遞私鑰;能夠很容易地實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名，保證交易過(guò)程的機(jī)密性、身份確認(rèn)性、數(shù)據(jù)完整性和不可否認(rèn)性，因此最適合電子商務(wù)的應(yīng)用需要由于公鑰加密系統(tǒng)是基于尖端的數(shù)學(xué)難題，它的缺點(diǎn)就是計(jì)算復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上對(duì)稱(chēng)加密系統(tǒng)。根據(jù)所基于的數(shù)學(xué)難題來(lái)分類(lèi)，有整數(shù)因子分解系統(tǒng)(代表性的有RSA)、離散對(duì)數(shù)系統(tǒng)(代表性的有DSA)、橢圓曲線(xiàn)離散對(duì)數(shù)系統(tǒng)(ECC)。
2.3RSA算法
RSA算法設(shè)計(jì)思想：RSA公鑰密碼體制到目前為止還是一種認(rèn)可為安全的體制. RSA算法和用RSA算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名的理論，以及它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)。
RSA算法是一種非對(duì)稱(chēng)密碼算法，該算法需要一對(duì)密鑰，公鑰和私鑰，如果使用其中一個(gè)加密，則需要用另一個(gè)才能解密。
RSA的算法涉及三個(gè)參數(shù)，n、e、d。
其中，n是兩個(gè)大質(zhì)數(shù)p、q的積，n的二進(jìn)制表示時(shí)所占用的位數(shù)，就是所謂的密鑰長(zhǎng)度。
e和d是一對(duì)相關(guān)的值，e可以任意取，但要求與(p-1)*(q-1)互質(zhì);再選擇d，要求(e*d)mod((p-1)*(q-1))=1。
RSA加解密的算法完全相同,設(shè)A為明文，B為密文，則：A=B ^ e mod n;B=A^ d mod n;e和d可以互換使用。
3.數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1數(shù)據(jù)加密模塊
數(shù)據(jù)加密模塊使用常用非對(duì)稱(chēng)加密算法――ElGamal加密算法。非對(duì)稱(chēng)加密算法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)開(kāi)放性的使用環(huán)境，密鑰管理相對(duì)簡(jiǎn)單。ElGamal算法是一個(gè)單向的過(guò)程，這里只有“公鑰加密、私鑰解密”這個(gè)過(guò)程，若a向b發(fā)送數(shù)據(jù)，只有a向b發(fā)送數(shù)據(jù)是安全的，b向a發(fā)送則不安全。
由于Java6并沒(méi)有提供ElGamal算法實(shí)現(xiàn)，要在Java中實(shí)現(xiàn)該算法必須配置開(kāi)源組件包BouncyCastle，在實(shí)例化各種操作引擎前需導(dǎo)入BouncyCastle提供者，如：
import java.security.Security;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastlePovider;
并加入BouncyCastleProvider支持
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
ElGamal算法實(shí)現(xiàn)模型分析：
以甲方向乙方發(fā)送數(shù)據(jù)為模型
(1)乙方構(gòu)造密鑰對(duì)(公鑰+私鑰)，公布公鑰給甲方。
(2)甲方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)用公鑰進(jìn)行加密，并將加密后數(shù)據(jù)發(fā)送給乙方。
(3)乙方用私鑰對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，得到原文。
因?yàn)楣€是通過(guò)非安全途徑發(fā)布的，其私鑰加密的數(shù)據(jù)安全意義不大。
3.2數(shù)字簽名模塊
數(shù)據(jù)簽名算法采用RSA數(shù)據(jù)簽名算法，但由于RSA數(shù)字簽名算法存在著因計(jì)算方法本身同構(gòu)造成簽名易被偽造和計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的弱點(diǎn)，因此實(shí)際對(duì)文件簽名前，需要對(duì)消息做MD5變換。MD5函數(shù)是一種單向散列函數(shù)，它將任意長(zhǎng)度的消息壓縮成128位的消息摘要。應(yīng)用MD5的單向性和抗碰撞性，可以實(shí)現(xiàn)信息的完整性檢驗(yàn)。
結(jié)論
數(shù)字簽名技術(shù)是信息安全領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)信息安全傳輸?shù)闹匾侄沃?，可以確保數(shù)據(jù)的可靠性、保密性、完整性和不可否認(rèn)性。本文介紹了數(shù)字簽名技術(shù)，并綜合數(shù)字簽名技術(shù)及數(shù)據(jù)加密技術(shù)設(shè)計(jì)了單向的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安全性高，并保證了數(shù)據(jù)的完整性、不可否認(rèn)性等。
參考文獻(xiàn)
[1]梁棟.Java加密與解密的藝術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[2]白娟，周林.數(shù)字簽名技術(shù)及在Java中的一種實(shí)現(xiàn)[M].微計(jì)算機(jī)信息.2004年第20卷第8期.
[3]孟艷紅，王育欣，倪天予.數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2007年6月第29卷第3期.
[4]潘瑜.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.
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