本章要点 15 数字签名是一种认证机制，它使得消息的产生者可以 添加一个起签名作用的码字。通过计算消息的散列值 并用产生者的私钥加密散列值来生成签名。签名保证 了消息的来源和完整性。 ● 相互认证协议使得通信的各方对相互的身份感到放心， 并交换会话密钥。 单向认证时，接收方想确信消息确实来自声称的发送 方。 ● 数字签名标准(DSS)是NIST标准，它使用安全散列算 法(SHA)。 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 2/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 2/47 本章要点 ⚫ 数字签名是一种认证机制，它使得消息的产生者可以 添加一个起签名作用的码字。通过计算消息的散列值 并用产生者的私钥加密散列值来生成签名。签名保证 了消息的来源和完整性。 ⚫ 相互认证协议使得通信的各方对相互的身份感到放心, 并交换会话密钥。 ⚫ 单向认证时, 接收方想确信消息确实来自声称的发送 方。 ⚫ 数字签名标准(DSS)是NIST标准，它使用安全散列算 法(SHA)
13.1数字签名Digital Signature 15 数字签名的简单定义 数字签名是使以数字形式存储的明文信息经过特定密码变换 生成密文，作为相应明文的签名，使明文信息的接收者能够 验证信息确实来自合法用户，以及确认信息发送者身份。 对数字签名的基本要求 在收发双方不能完全信任的情况下，需要除认证之外的其他 方法来解决假冒和否认的问题，数字签名则是解决办法； 签名接收者能容易地验证签字者对消息所做的数字签名，包 括日期和时间； 任何人，包括签名接收者，都不能伪造签名者的签字； 发生争议时，可由第三方解决。 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 3/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 3/47 13.1 数字签名Digital Signature ⚫ 数字签名的简单定义 ⚫ 数字签名是使以数字形式存储的明文信息经过特定密码变换 生成密文，作为相应明文的签名，使明文信息的接收者能够 验证信息确实来自合法用户，以及确认信息发送者身份。 ⚫ 对数字签名的基本要求 ⚫ 在收发双方不能完全信任的情况下，需要除认证之外的其他 方法来解决假冒和否认的问题，数字签名则是解决办法； ⚫ 签名接收者能容易地验证签字者对消息所做的数字签名，包 括日期和时间； ⚫ 任何人，包括签名接收者，都不能伪造签名者的签字； ⚫ 发生争议时，可由第三方解决
数字签名的基本形式 15 。数字签名与消息认证的区别 消息认证是使消息接收方验证消息发送者发送的内容有无 被修改过，对防止第三者破坏足够，但收发双方有利害冲 突时就无法解决纷争，需要更严格的手段，即数字签名。 数字签名的基本形式 对消息签名的两种方法 对逍息整体的签字，将被签消息整体经过密码变换得 到签字； 对消息摘要的签字，附在被签消息之后，或嵌在某一 特定位置上作二段签字图样。 两类数字签名 ●1 确定性数字签名，明文与签名一一对应； 概率性数字签名，一个明文可以有多个合法签名，每 次都不一样。 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 4/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 4/47 ⚫ 数字签名与消息认证的区别 ⚫ 消息认证是使消息接收方验证消息发送者发送的内容有无 被修改过，对防止第三者破坏足够，但收发双方有利害冲 突时就无法解决纷争，需要更严格的手段，即数字签名。 ⚫ 数字签名的基本形式 ⚫ 对消息签名的两种方法 ⚫ 对消息整体的签字，将被签消息整体经过密码变换得 到签字； ⚫ 对消息摘要的签字，附在被签消息之后，或嵌在某一 特定位置上作一段签字图样。 ⚫ 两类数字签名 ⚫ 确定性数字签名，明文与签名一一对应； ⚫ 概率性数字签名，一个明文可以有多个合法签名，每 次都不一样。 数字签名的基本形式
13.1.2直接数字签名 海连不 105 ·直接数字签名仅涉及通信方（信源、信宿） ·假定信宿知道信源的公开密钥 ● 数字签名通过信源对整个报文用私有密钥加密， 或对报文的摘要加密来实现 通常先签名，然后对消息和签名一起加密 ·安全性依赖于信源私有密钥的安全性 P 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 5/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 5/47 13.1.2 直接数字签名 ⚫ 直接数字签名仅涉及通信方(信源、信宿) ⚫ 假定信宿知道信源的公开密钥 ⚫ 数字签名通过信源对整个报文用私有密钥加密， 或对报文的摘要加密来实现 ⚫ 通常先签名，然后对消息和签名一起加密 ⚫ 安全性依赖于信源私有密钥的安全性
。车衣 13.1.3仲裁数字签名 15 涉及到一个仲裁方(arbiter A) ·签名方的签名报文首先送给仲裁者 ● 仲裁者对报文和签名进行测试以检验出处和内容， 然后注上日期和仲裁说明后发给接收方 要求仲裁方在一定程度上是可以信任的 可以用对称密码或公开密钥密码实现 。仲裁方可以知道消息，也可以不知道消息 潭 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 6/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 6/47 13.1.3 仲裁数字签名 ⚫ 涉及到一个仲裁方(arbiter A) ⚫ 签名方的签名报文首先送给仲裁者 ⚫ 仲裁者对报文和签名进行测试以检验出处和内容， 然后注上日期和仲裁说明后发给接收方 ⚫ 要求仲裁方在一定程度上是可以信任的 ⚫ 可以用对称密码或公开密钥密码实现 ⚫ 仲裁方可以知道消息，也可以不知道消息
需要仲裁的数字签名技术 国海冷我家术 105 Table 13.1 Arbitrated Digital Signature Techniques (a)Conventional Encryption,Arbiter Sees Message ()X一A:MIEK.DxH(M] A-Y:Ex[IDx IMIEK[IDx H(M)]IT] (b)Conventional Encryption,Arbiter Does Not See Message ()X-A:IDx EK [M]EK IDxHEK [M] A-Y:EK IDx IEK,[M]EIDx HEK,IM]IT (c)Public-Key Encryption,Arbiter Does Not See Message ()X→A:Dx"ER,[DzEx,(E,[M]】 ②A→Y:E[DxIE,E,[M]T Notation: X=sender M=message Y=recipient T =timestamp A=Arbiter 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 7/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 7/47 需要仲裁的数字签名技术
13.2认证协议 车柔大 15 。认证服务和功能 ● 认证是证实信息交换过程有效性和合法性的一种手段， 包括对通信对象的认证（身份认证）和报文内容的认证 (报文认证)，起到数据完整性的保护。这里有 ·信息的真实性 。存储数据的真实性 。接收方提供回执 ● 发送方不可否认 时效性和公证可能性 ●认证的目的 防窃听、防假冒或拦截、防窃取等 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 8/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 8/47 13.2 认证协议 ⚫ 认证服务和功能 ⚫ 认证是证实信息交换过程有效性和合法性的一种手段， 包括对通信对象的认证(身份认证)和报文内容的认证 (报文认证)，起到数据完整性的保护。这里有 ⚫ 信息的真实性 ⚫ 存储数据的真实性 ⚫ 接收方提供回执 ⚫ 发送方不可否认 ⚫ 时效性和公证可能性 ⚫ 认证的目的 ⚫ 防窃听、防假冒或拦截、防窃取等
基本认证方法 海冷本 15 。单向认证 。使用对称加密方法，即一次一密方法的变形 ● 使用公开密钥方法：A向B声称是A,B则向A送一随机数R, A用其私有密钥加密送B,B用A的公开密钥验证。 ·使用改进的口令方式 双向认证 。对称密钥方式（三次握手） 公开密钥方式，A、B双向使用不同的R值 ● 时标方式 ● 可信中继 。使用KDC密钥分发中心 DASS (Distributed Authentication Security Service) ·群认证(Group Authentication) 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 9/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 9/47 ⚫ 单向认证 ⚫ 使用对称加密方法，即一次一密方法的变形 ⚫ 使用公开密钥方法：A向B声称是A，B则向A送一随机数R， A用其私有密钥加密送B，B用A的公开密钥验证。 ⚫ 使用改进的口令方式 ⚫ 双向认证 ⚫ 对称密钥方式(三次握手) ⚫ 公开密钥方式，A、B双向使用不同的R值 ⚫ 时标方式 ⚫ 可信中继 ⚫ 使用KDC密钥分发中心 ⚫ 通过DASS (Distributed Authentication Security Service) ⚫ 群认证(Group Authentication) 基本认证方法
车茶太 13.2.1双向认证 105 ·双向认证协议可以使通信双方达成一致并交换会话 密钥 。重放攻击：合法的签名消息被拷贝后重新送出 简单重放 ● 可检测的重放 不可检测的重放 ● 不加修改的逆向重放 ● 重放攻击的解决方法 。使用序列号 ● 使用时间戳（需要同步时钟） 挑战/应答（使用单独的nonce) 潭 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 10/47
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 10/47 13.2.1 双向认证 ⚫ 双向认证协议可以使通信双方达成一致并交换会话 密钥 ⚫ 重放攻击：合法的签名消息被拷贝后重新送出 ⚫ 简单重放 ⚫ 可检测的重放 ⚫ 不可检测的重放 ⚫ 不加修改的逆向重放 ⚫ 重放攻击的解决方法 ⚫ 使用序列号 ⚫ 使用时间戳(需要同步时钟) ⚫ 挑战/应答(使用单独的nonce)
海车长 对称加密方法 15 使用两层传统加密密钥结构来保证分布环境 中通信的保密性 通常需要可信密钥分发中心Key Distribution Center(KDC) 。每一方与KDC共享主密钥 o KDC产生双方通信要用的会话密钥 ●用主密钥来分发会话密钥 潭 量道道是 2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 11147
2022/10/9 现代密码学理论与实践-13 11/47 对称加密方法 ⚫ 使用两层传统加密密钥结构来保证分布环境 中通信的保密性 ⚫ 通常需要可信密钥分发中心Key Distribution Center (KDC) ⚫ 每一方与KDC共享主密钥 ⚫ KDC产生双方通信要用的会话密钥 ⚫ 用主密钥来分发会话密钥