数字签名原理的疑问

[huangya]

最近在看一些密码学方面的基本原理，只是想对其进行一些基本的了解，没敢太深入，水平有限．因为在学校学网络用的是谢希仁的教材，就看到了其中的数字签名的那一小节．感觉好像这个原理不太正确（红色圈出来的），我不太明白为什么 B 通过＂不可读的明文＂（乱码？）就认为这个不是 A 发的，这样是不是不严谨？

同时也参考了一本国外的书籍<<密码编码学与网络安全－－原理与实践>>第５版如下，觉得这个才是正确的，请 v 友帮忙看看我是否理解有误，还是说谢希仁这版其实也是正确的？只不过是他描述得比较简单？

[chizuo]

这俩一个东西啊。只不过谢希仁语义简写了，不过你通过后面那句“B 对篡改过的报名进行解密”，也能明白啊。
省略了“拿 A 的公钥去解 Dsa （ X ），得到后和 message 比较即可”。而且人家图 7-4 也说得明明白白的

[az467]

都一样啊。
第一个直接加密了原文。
第二个加密的是原文的哈希值，原文是公开的。
反正都能确定消息是 A 发的。

除非 A 神经错乱，不然不会给 B 发送乱七八糟的内容，所以就能确定喽。

[huangya]

@az467 @chizuo
看起来你们两个的理解是不一样的，从图看，我赞同＠ az467 的说法，谢这一版是直接加密的原文，但没有通过 hash 去比较，虽然说＂除非 A 神经错乱，不然不会给 B 发送乱七八糟的内容，所以就能确定喽＂确实是可以这样，但是我认为在数学上这是不严谨的，还是像 2 这样，通过 hash 值去判定比较严谨．你们认为呢？

[Jirajine]

我的理解也是第二个正确。
第一个里面看起来非常不严谨，“得到不可读的明文”这个要如何判断呢？

[YetToCome]

乱码只是不可读微小的一部分

[noe132]

密文 = 加密(原文, 私钥)
原文 = 解密(密文, 公钥)

并且从数学上，知道 原文、密文、私钥、公钥 中的任意 3 个都无法轻易推算出剩下的一个。

A 只需要保管好 私钥，别人就无法伪造加密过程。
B 只要保证自己的公钥是正确的，那么就能够验证密文是不是由 A 发送过来的。

假设 A 发过来的信息被篡改了，然后被 B 用公钥解密，得到的就肯定不是 A 本来要发的原文。但 B 并不知道这到底就是原文，还是乱码？如何得知解密得到的乱码是不是就是 A 本意要发过来的内容，还是被篡改后的？答案就是用加密做签名，把原文和签名一并发送。

假设 A 想发的信息是 m，对 m 用私钥加密后得到 e，并且对 m 做 hash，得到 hash 值 h，此时将 e(m) 和 h 一并发给 B 。

B 拿到 e 后用公钥解密出原文 m'，并且也对 m' 做 hash，得到结果 h'。此时对比 h 和 h' 如果是同一个值，那么 B 认为传输没有被篡改。

如果出现了传输错误或者被篡改，那么 B 得到的 h' 肯定不等于 h，这时 B 就能发现错误。

软件数字签名的原理简单来说就是上面的过程，软件发布者给软件计算 hash，并且用私钥签名，和软件一起发布。用户下载软件后后用公钥解密签名得到 hash，然后和自己计算的 hash' 做对比，如果不一致那么就说明软件被篡改了。

当然前提是用户拿到的是正确的公钥。现在系统都由内置根证书，作为信任保障，然后由根证书签发出新的子证书，用来做加密。因为子证书是根证书签发（和上面加密的过程类似）出来的，没有（根证书）私钥的人没法随便签发证书。只要根证书是有效的，并且大家都认可这个根证书，那么就能保证子证书是正确有效的。

[noe132]

为什么 B 通过＂不可读的明文＂（乱码？）就认为这个不是 A 发的，这样是不是不严谨？

确实不严谨，因为 乱码也是数据。但 谢希仁 只介绍了加密解密的过程，没有介绍防篡改的过程。因为通常来说被窜给的密文解密出有意义的数据概率比较低，应该就用这个简单代替了，但非对称加密的核心是一致的。而且通常来说，防篡改不仅仅是计算一个 hash 这么简单，像计算机网络中还会遇到防重放攻击相关的内容，但核心思路就是用 hash 或者校验和等手段检验数据是否发生了变化。

[huangya]

@noe132 感谢解答

[catror]

比 hash 是正确的

[geelaw]

两本书都有用语上的混乱，前者还有对签名理解上的混乱、对安全性解读的混乱，但经过修补之后都是正确的——即 hash 函数不是签名必备的一部分。

前者对签名理解上的混乱在于赘余表达签名不保护消息的隐秘性，其理由错误，并不是因为任何人都可以“重新加密”，而是因为消息本身总是伴随着签名发送，因而一开始就没有隐秘性。

前者对安全性解读的混乱在于它的表述让人误以为安全 = 无法恢复密钥，这是错误的，签名的安全性是不可伪造，不能还原密钥只是它的一个推论。

两者在用语上的错误在于把签名说成解密、验证说成加密，实际上无此关系。

Hash 函数并不是签名的必备要素，而且签名算法的实现也不止两者所述的样子。
签名算法的消息空间可以是固定长度的，即使想要得到无限长度的消息空间，也不需要 hash 函数（如 Lamport 签名算法加 GGM ）。
当然，后者的情况更接近真实世界里的签名算法，也就是使用 hash 函数。

[yeqizhang]

两个都类似，描述不太一样吧，都没啥问题吧。
解密后得出不可读明文，这个不可读，可以说是明文不一致，或者明文不对，hash 也可以说是明文。
最近在研究 https，第二个更像是 https 的证书签名的做法，那个消息就是指服务器公钥和服务器的一些信息

[AkashicRecords]

第一个的描述不可读，这个有些模糊，但不是说这就有很大问题了，《密码编码学与网络安全－－原理与实践》第七版的的 公钥密码学和 RSA 部分举例公钥密码可以用于认证的图 9.3 就是和谢希仁版的描述大体一样
图片地址（ b64 ）：aHR0cHM6Ly9pbWd1ci5jb20vVVlCVklETQ==

[huangya]

@geelaw
感谢回复.
>Hash 函数并不是签名的必备要素，而且签名算法的实现也不止两者所述的样子。

这个其实在后者（《密码编码学与网络安全－－原理与实践》）里面有说到，这个图”是产生和使用数字签名的过程的一般模型“，作者没有说 Hash 函数是签名的必备要素，我这是截取了这本书的一个图.

[geelaw]

@huangya #13 我是根据你的贴图考虑的，不过你援引的这段话里“一般”的理解对正确性有很大影响。如果“一般”理解为“通常”“大多数情况下”（即日常理解），那么是正确的；如果“一般”理解为“恒成立”“总是有”（即数学语言的理解），那么是错误的。

[nnnToTnnn]

@chizuo
@az467

这个是常规的 非对称加密吧？

A （私钥） ----发消息-----> B

A (私钥) -----C 拦截到消息 -> 颁发公钥给 B,在重新发送消息 -> B

这就存在中间人攻击的可能性，这样的签名，就没有意义。


签名和验证必须在可信任的公钥链上，例如可信机构颁发的证书

[nnnToTnnn]

D (用来保存公钥信息)
|
v
________________________
/ \
| |
^ v
A （去 D 声明公钥信息） B （去 D 那里获取 A 的公钥）

这样就可以防止被中间人攻击，也就是 https 里面的自签证书，和颁发证书的区别。

[nnnToTnnn]

@geelaw 签名和 hash，加密并没有任何关系。

签名，只是为了保证这个“东西” 是由本人编写的。或者本人工作的，因此进行签名。

例如指纹，盖章，亲笔签名，都可以在大多数情况下来证明是由本人签发的，但是实际上，"指纹，盖章，亲笔签名"这些都存在可以伪造签名。

在数字化时代，如何解决签名伪造的问题，成为了一个需求。


在 非对称加密，例如 RSA 或者 ECC 加密算法的出现，才更好的将这种方式实现起来。


public key 可以将 private key 加密的内容给解密出来，在 private key 不泄露的情况下可以保证安全。

例如我可以将这信息进行加密

>>>>>>>
rsa(
采用的加密算法 aes ,
采用的算法的算法的密钥 123456
)
=======
aes(二进制文件)
<<<<<<<<


将这段数据放在服务器上，那么这个签名就成立了。 但是带来第二问题就是，文件太大，没有这么多的空间存放。

于是就有涉及到另外一个算法，散列算法，也就是 hash 算法。例如常见的 sha-256 或者 sha-512

>>>>>>>
rsa(
采用的加密算法 aes ,
采用的算法的算法的密钥 123456
)
=======
aes(二进制文件 sha 算法)
<<<<<<<<


这种签名，可以参照一下 GPG

[t9534233]

其实说的是一个东西，两者举的例子有点区别，不过第二个看起来确实清晰好理解一点？
因为签名说到底就是要让你知道这个东西确确实实是我发出来的。第一本书举的例子就是根据你看到的解密后内容来判断，比如别人叫你表明身份，你应该回答“我是老王”，你就直接用私钥把“我是老王”加密之后丟出公钥，别人解密一看就能知道。别人想试图冒充你的时候，我拿到密文解密一看，看到的都是乱码，就知道肯定不是你，因为我已经叫你表明身份而不是发乱码。当然你确实是老王但你故意发乱码这个情况不讨论，我肯定也当你不是老王
第二个就是通过 hash 判断，只不过不是直接发出“我是老王”的密文，而是发明文+一个签名而已，至于签名的真伪确认就和上面一样了，我叫你签老王，但签一堆乱七八糟的上去，那你就不是老王