（8）不是数字签名的作用。

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第8题

知识点：加密技术和认证技术数字签名

关键词：数字签名章/节：网络与信息安全知识

（8）不是数字签名的作用。

A. 接收者可验证消息来源的真实性

B. 发送者无法否认发送过该消息

C. 接收者无法伪造或篡改消息

D. 可验证接收者合法性

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第9题 2009年下半年

44%

某网站向CA申请了数字证书，用户通过（9)来验证网站的真伪。

第9题 2019年下半年

34%

kerberos系统中可通过在报文中加入（9）来防止重放攻击。

第66题 2010年下半年

59%

公钥体系中，私钥用于（66),公钥用于（67) 。


知识点讲解
· 加密技术和认证技术 · 数字签名

加密技术和认证技术

加密技术

1）加密技术概述

加密技术是最常用的安全保密手段，数据加密技术的关键在于加密／解密算法和密钥管理。加密技术包括两个元素，即算法和密钥。数据加密的基本过程就是对原来为明文的文件或数据按某种加密算法进行处理，使其成为不可读的一段代码，通常称为"密文"。"密文"只能在输入相应的密钥之后才能显示出原来的内容，通过这样的途径达到保护数据不被窃取。

数据加密和解密是一对逆过程。数据加密是用加密算法E和加密密钥K₁，将明文P变换成密文C，记为

C=E_K₁(P)

数据解密是数据加密的逆过程，是用解密算法D和解密密钥K₂将密文C变换成明文P，记为

P=D_K₂(C)

数据加密技术可分成3类，即对称加密、非对称加密和不可逆加密。

（1）对称加密技术。对称加密的体制模型如下图所示。

对称加密的体制模型

常用的对称加密算法有以下几个。

.数据加密标准（Digital Encryption Standard，DES）算法。

.三重DES（3DES或称TDES）。

.RC-5（Rivest Cipher 5）。

.国际数据加密算法（International Data Encryption Algorithm，IDEA）。

（2）非对称加密技术。与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥，即公开密钥（即公钥）和私有密钥（即私钥）。这里的"公钥"是指可以对外公布的，"私钥"只能由持有人知道。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，则只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法称为非对称加密算法。

非对称加密有两个不同的体制，如下图所示。

非对称加密的体制模型

非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其他方公开；得到该公用密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一把专用密钥对加密后的信息进行解密。甲方只能用其专用密钥解密由其公用密钥加密后的任何信息。

非对称加密算法的保密性能好，它消除了最终用户交换密钥的需要，但加密和解密花费时间长、速度慢，不适合对文件加密，而只适用于对少量数据进行加密。

2）密钥管理

密钥管理主要是指密钥对的安全管理，包括密钥产生、密钥备份和恢复、密钥更新以及多密钥管理。

认证技术

1）认证技术概述

认证技术主要解决网络通信过程中通信双方的身份认证。认证的过程涉及加密和密钥交换。通常，加密可使用对称加密、不对称加密及两种加密方法的混合方法。认证一般有账户名／口令认证、使用摘要算法认证、基于PKI（Public Key Infrastructure，公开密钥体系）的认证等几种方法。一个有效的PKI系统必须是安全的和透明的，用户在获得加密和数字签名服务时，不需要详细了解PKI的内部运行机制。

PKI是一种遵循既定标准的密钥管理平台，它能够为所有网络应用提供加密和数字签名等密码服务及必需的密钥和证书管理体系。简单地说，PKI是通过使用公开密钥技术和数字证书来确保系统信息安全并负责验证数字证书持有者身份的一种体系。PKI技术是安全信息技术的核心，也是电子商务的关键和基础技术。PKI的基础技术包括加密、数字签名、数据完整性机制、数字信封、双重数字签名等。完整的PKI系统必须具有权威认证机构（CA）、数字证书库、密钥备份及恢复系统、证书作废系统、应用接口（API）等基本构成部分。

2）哈希函数与信息摘要

Hash（哈希）函数（又称散列函数）提供了这样一种计算过程：输入一个长度不固定的字符串，返回一串定长度的字符串（又称Hash值）。单向Hash函数用于产生信息摘要。

信息摘要简要地描述了一份较长的信息或文件，它可以被看作一份长文件的"数字指纹"。信息摘要用于创建数字签名。

3）数字签名

数字签名是通过一个单向散列函数对要传送的报文进行处理得到的，用以认证报文来源并核实报文是否发生变化的一个字母数字串。数字签名可以解决否认、伪造、篡改及冒充等问题，应用范围十分广泛，如加密信件、商务信函、订货购买系统、远程金融交易、自动模式处理等。

数字签名和数字加密的过程虽然都使用公开密钥体系，但实现的过程正好相反，使用的密钥对也不同。数字签名使用的是发送方的密钥对，发送方用自己的私有密钥进行加密，接收方用发送方的公开密钥进行解密，这是一个一对多的关系，任何拥有发送方公开密钥的人都可以验证数字签名的正确性。数字加密则使用的是接收方的密钥对，这是多对一的关系，任何知道接收方公开密钥的人都可以向接收方发送加密信息，只有唯一拥有接收方私有密钥的人才能对信息解密。另外，数字签名只采用了非对称密钥加密算法，它能保证发送信息的完整性、身份认证和不可否认性，而数字加密则采用了对称密钥加密算法和非对称密钥加密算法相结合的方法，它能保证发送信息的保密性。

4）SSL协议

SSL（Secure Sockets Layer）是网景（Netscape）公司提出的基于Web应用的安全协议，又叫安全套接层协议。

SSL协议主要提供三方面的服务：用户和服务器的合法性认证；加密数据以隐藏被传送的数据；保护数据的完整性，目的是在两个通信应用程序之间提供私密性和可靠性。对于电子商务应用来说，使用SSL可保证信息的真实性、完整性和保密性。

5）数字时间戳技术

数字时间戳技术是数字签名技术的一种变种。数字时间戳服务（Digital Time-stamp Service，DTS）是网上电子商务提供的安全服务项目之一，能提供电子文件的日期和时间信息的安全保护。

时间戳（Time-stamp）是一个经加密后形成的凭证文档，它包括以下3个部分。

.需加时间戳的文件的摘要。

.DTS收到文件的日期和时间。

.DTS的数字签名。

一般来说，时间戳产生的过程为：用户首先将需要时间戳的文件用Hash编码加密形成摘要，然后将该摘要发送到DTS，DTS在加入收到文件摘要的日期和时间信息后再对该文件加密（数字签名），然后送回用户。

数字签名

传统商务活动中，我们通过手写签名达到确认信息的目的。电子商务活动中，交易双方互不见面，可以通过数字签名确认信息。数字签名技术有效解决了电子商务交易活动中信息的完整性和不可抵赖性问题。

数字摘要

数字摘要的基本概念

数字摘要是利用哈希函数对原文信息进行运算后生成的一段固定长度的信息串，该信息串被称为数字摘要。产生数字摘要的哈希算法具有单向性和唯一性的特点。所谓单向性，也称为不可逆性，是指利用哈希算法生成的数字摘要，无法再恢复出原文；唯一性是指相同信息生成的数字摘要一定相同，不同信息生成的数字摘要一定不同。这一特征类似于人类的指纹特征，因此数字摘要也被称为数字指纹。

数字摘要的使用过程

数字摘要具有指纹特征，因此可以通过对比两个信息的数字摘要是否相同来判断信息是否被篡改过，从而验证信息的完整性。

数字摘要的使用过程如下图所示。

数字摘要的使用过程

（1）发送方将原文用哈希（Hash）算法生成数字摘要1；

（2）发送方将原文同数字摘要1一起发送给接收方；

（3）接收方收到原文后用同样的哈希（Hash）算法对原文进行运算，生成新的数字摘要2；

（4）接收方将收到的数字摘要1与新生成的数字摘要2进行对比，若相同，说明原文在传输的过程中没有被篡改，否则说明原文信息发生了变化。

数字摘要算法

哈希（Hash）算法是实现数字摘要的核心技术。数字摘要所产生的信息串的长度和所采用的哈希算法有直接关系。目前广泛应用的哈希算法有MD5算法和SHA-1算法。

MD5算法的全称是“Message-Digest Alogrithm 5”，诞生于1991年，由国际著名密码学家、RSA算法的创始人Ron Rivest设计发明，经MD2、MD3和MD4发展而来。MD5算法生成的信息摘要的长度为128位。

SHA算法的全称是“Secure Hash Alogrithm”，诞生于1993年，由美国国家标准技术研究院（NIST）与美国国家安全局（NSA）设计。SHA（后来被称作SHA-0）于1995年被SHA-1替代，之后又出现了SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等，这些被统称为SHA-2系列算法。SHA-1算法生成的信息摘要的长度为160位，而SHA-2系列算法生成的信息摘要的长度则有256位（SHA-256）、384位（SHA-384）、512位（SHA-512）等。与MD5算法相比，SHA算法具有更高的安全性。

MD5算法和SHA算法在实际中有着广泛的应用。与公钥技术结合，生成数字签名。目前几乎主要的信息安全协议中都使用了SHA-1或MD5算法，包括SSL、TLS、PGP、SSH、S/MIME和IPSec等。UNIX系统及不少论坛／社区系统的口令都通过MD5算法处理后保存，确保口令的安全性。

需要说明的是，2004年8月，在美国加州圣芭芭拉召开的国际密码学会议上，我国山东大学王小云教授宣布了她及她的研究小组对MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD等四个著名密码算法的破译结果。2005年2月，王小云教授又破解了另一国际密码算法SHA-1。这为国际密码学研究提出了新的课题。

数字签名

数字签名的基本概念

在ISO 7498-2标准中，数字签名被定义为：“附加在数据单元上的一些数据，或是对数据单元所做的密码变换，这种数据和变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元来源和数据单元的完整性，并保护数据，防止被人（例如接收者）进行伪造”。实际上，简单地讲，数字签名就是在网络中传送信息报文时，附加一个特殊的唯一代表发送者个人身份的标记，以起到传统上手写签名或印章确认的作用。

数字签名建立在数字摘要的基础上，结合公钥加密技术实现。发送者应用自己的私钥对数字摘要进行加密，即生成数字签名。由于发送者的私钥仅为发送者本人所有，所以附加了数字签名的信息能够确认消息发送者的身份，也防止了发送者对本人所发送信息的抵赖行为。同时通过数字摘要技术，接收者可以验证信息是否发生了改变，从而确定信息的完整性。

数字签名的使用过程

数字签名的使用过程包括签名和验证两部分，如下图所示。

数字签名的使用过程

（1）发送方将原文用哈希（Hash）算法生成数字摘要Z；

（2）发送方将数字摘要Z用自己的私钥加密；

（3）发送方将加密后的数字摘要Z（即数字签名）同原文一起发送给接收方；

（4）接收方用发送方的公钥解密数字签名，得到数字摘要Z；

（5）接收方对接收到的原文用同样的哈希（Hash）算法生成数字摘要Z′；

（6）比较Z和Z′，若二者相同，说明信息完整且发送者身份是真实的。

由以上过程可以看到，数字签名具有以下两个作用：

（1）确认信息的完整性。接收方将原文生成的数字摘要与用接收到的原文生成的新的数字摘要进行对比，相同则说明信息没有改变，不同则说明信息内容发生了变化。因此数字签名能够验证信息是否被修改，从而确定信息的完整性。

（2）确认信息发送者的身份，保证发送信息的不可抵赖性。发送者用自己的私钥对数字摘要进行加密，接收者如果能用对应的公钥进行解密，则说明信息一定是由该发送者发送的，从而确认了发送者的身份。此外，由于发送者的私钥是发送者本人拥有（除非丢失、泄露或被窃取），所以发送者不能否认自己曾经发送过的信息。

数字签名的种类

实现数字签名的基本方法有以下几种。

（1）RSA签名。RSA签名是基于RSA算法实现数字签名的方案，ISO/IEC 9796和ANSI X9.30-199X已将RSA作为建议数字签名的标准算法。

（2）ElGamal签名。ElGamal签名是专门为签名目的而设计。该机制由T.ElGamal于1985年提出，经修正后，被美国国家标准与技术学会（NIST）作为数字签名标准（Digital Signature Standard，DSS）。

RSA签名基于大整数素数分解的困难性，ElGamal签名基于求离散对数的困难性。在RSA签名机制中，明文与密文一一对应，对特定信息报文的数字签名不变化，是一种确定性数字签名。ElGamal签名机制采用非确定性的双钥体制，对同一消息的签名，根据签名算法中随机参数选择的不同而不同，是一种随机式数字签名。

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