数字签名和哈希函数

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1、数字签名和哈希函数懂得一点公钥密码基础知识的人都知道，发信息的人用自己的私钥对所发信息进行加密(Encryption)，接收信息者用发信者的公钥来解密(Decryption)，就可以保证信息的真实性、完整性和不可否认性。（注：这里提到的加密、解密是指密码运算，其目的并非信息保密。）那么，我们也可以笼统地说，以上方法就已经达到了数字签名的目的。因为首先，私钥是发信者唯一持有的，别的任何人不可能制造出这份密文来，所以可以相信这份密文以及对应的明文不是伪造的（当然，发信者身份的确定还要通过数字证书来保

2、证）；出于同样原因，发信者也不能抵赖、否认自己曾经发过这份信息；另外，信息在传输当中不可能被篡改，因为如果有人试图篡改，密文就解不出来。这样，用私钥加密，公钥解密的技术方法就可以代替传统签名、盖章，保证了信息的真实性、完整性和不可否认性。 　　但是，这样做在实际使用中却存在一个问题：要发的信息可能很长，非对称密码又比较复杂，运算量大，而为了保证安全，私钥通常保存在USBKey或IC卡中，加密运算也是在Key或卡中进行。一般来说，小小的USBKey或IC卡中的微处理器都做得比较简单而处理能力较弱，

3、这样，加密所用的时间就会很长而导致无法实用。　　另外，即使对于网站服务器而言，虽然它的处理能力很强，但服务器要同时处理许许多多签名加密的事情，也同样存在着加密耗时长系统效率低的问题。　　有没有解决这个问题的办法呢？有的，常用的方法是使用哈希函数。什么是哈希函数　　哈希（Hash）函数在中文中有很多译名，有些人根据Hash的英文原意译为“散列函数”或“杂凑函数”，有些人干脆把它音译为“哈希函数”，还有些人根据Hash函数的功能译为“压缩函数”、“消息摘要函数”、“指纹函数”、“单向散列函数”等等。

4、 1、Hash算法是把任意长度的输入数据经过算法压缩，输出一个尺寸小了很多的固定长度的数据，即哈希值。哈希值也称为输入数据的数字指纹（DigitalFingerprint）或消息摘要（MessageDigest）等。Hash函数具备以下的性质：2、给定输入数据，很容易计算出它的哈希值；3、反过来，给定哈希值，倒推出输入数据则很难，计算上不可行。这就是哈希函数的单向性，在技术上称为抗原像攻击性； 4、给定哈希值，想要找出能够产生同样的哈希值的两个不同的输入数据，（这种情况称为碰撞，Collisio

5、n），这很难，计算上不可行，在技术上称为抗碰撞攻击性； 5、哈希值不表达任何关于输入数据的信息。　　哈希函数在实际中有多种应用，在信息安全领域中更受到重视。从哈希函数的特性，我们不难想象，我们可以在某些场合下，让哈希值来“代表”信息本身。例如，检验哈希值是否发生改变，借以判断信息本身是否发生了改变。` 怎样构建数字签名　　好了，有了Hash函数，我们可以来构建真正实用的数字签名了。 　　发信者在发信前使用哈希算法求出待发信息的数字摘要，然后用私钥对这个数字摘要，而不是待发信息本身，进行加密而形成

6、一段信息，这段信息称为数字签名。发信时将这个数字签名信息附在待发信息后面，一起发送过去。收信者收到信息后，一方面用发信者的公钥对数字签名解密，得到一个摘要H；另一方面把收到的信息本身用哈希算法求出另一个摘要H’，再把H和H’相比较，看看两者是否相同。根据哈希函数的特性，我们可以让简短的摘要来“代表”信息本身，如果两个摘要H和H’完全符合，证明信息是完整的；如果不符合，就说明信息被人篡改了。 　　数字签名也可以用在非通信，即离线的场合，同样具有以上功能和特性。 　　由于摘要一般只有128位或160

7、位比特，比信息本身要短许多倍，USBKey或IC卡中的微处理器对摘要进行加密就变得很容易，数字签名的过程一般在一秒钟内即可完成。哈希函数的安全性　　哈希函数的安全性直接关系到数字签名的安全性，如果哈希函数被攻破，数字签名的有效性就会受到质疑。 　　目前，已经发明的Hash函数有多种，如Snefru、N-Hash、LOKI、AR、GOST、MD、SHA等。它们在数学上实现的方法各有不同，安全性也各有不同。目前比较常用的Hash函数是MD5和SHA-1。MD5哈希函数以512位来处理输入数据，每一分

8、组又划分为16个32位的子分组。算法的输出由4个32位分组组成，将它们级联起来，形成一个128位的固定长度的哈希值，即输入数据的摘要。SHA-1哈希函数在MD4的基础上增加了数学运算的复杂程度，即SHA=MD4+扩展转换+附加轮+更好的雪崩效应（哈希值中，为0的比特和为1的比特，其总数应该大致相等；输入数据中一个比特的变化，将导致哈希值中一半以上的比特变化，这就叫做雪崩效应）。SHA能够产生160位的哈希值。对SHA还没有已知的密码攻击，并且由于它产生的哈希值位数长于MD5，所以它能更有效地抵抗