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电子签名的密匙

归档日期:07-02       文本归类:指数密码体制      文章编辑:爱尚语录

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  “电子签名”是广义的提法,是以保障基于网络交易平台下交易各方的合法权益为目的,满足和替代传统签名功能的各种电子技术手段,并不是手工签字或印章的图像化,其中“交易”是指个人信息交换、电子商务和电子政务等基于网络平台的活动;“交易各方”指从事这些活动的各方“数字签名”是通过密码技术实现电子交易安全的形象说法,是电子签名的主要实现形式。它力图解决互联网交易面临的几个根本问题:数据保密;数据不被篡改;交易方能互相验证身份;交易发起方对自己的数据不能否认。

  在密码学中,密码的本质是某种算法,由密码算法算出一把密匙(Key),然后使用该密匙对交易双方传送的数据加密。该数据通称“报文”,加密前叫“明文报文”,即明文;加密后叫“密文报文”,即密文,密文没有密匙是不可读的。所有加密算法本身都是公开的,属于纯数学的范筹,本文不作过多讨论;密码学只关注密匙管理的问题,因为加密通信的安全性只与密匙有关,这是本文关注的重点。加密通信方式主要有对称加密和非对称加密两种。

  在开始讨论之前,我们假定:在不安全的网络中(比如互联网),Alice是通信发起人;Bob是通信接收人;Alice与Bob相互信任;而Eve监听通信并伺机破坏:这是JohnWiley和Sons在经典教程《AppliedCryptography》(《应用密码学》)中提出的部分人物,这些人物和环境属性现已成为描述密码学技术的标准。 对称加密——解决数据本身加密问题

  顾名思义,对称加密就是“一把锁对应一把匙匙”,加锁开锁都是它。有传统和现代的区别,以下用古老的替换加密法为例作一简单说明。

  密匙第一排是常规26个字母,而第二排则是约定的字母顺序,用来替换对应的字母。除了字母,还可用其它约定符号起到同样的作用,都是异曲同工。 现代的对称加密方式多用繁复的数学算法进行,当前优秀的对称加密算法有DES、3DES、DEA、IDEA等,它们的运算速度快,加密性能优异。其通信过程大致如下:

  1.由Alice通过某种对称加密算法算出一把密匙并传送给Bob;2、Alice用该密匙加密明文,得到密文;3、Alice将该密文传送给Bob;4、Bob用该密匙解密密文,得到明文。

  Eve如果只在第3步截获密文,由于不知道密匙,将一无所获。但当Eve监听到第1步,他和Bob得到的信息就一样多,到第4步,Eve的工作就是解密。并且Eve还能在第3步开始之前中断Alice与Bob的通信线路,然后冒充Bob接受Alice的信息,解密、修改后再冒充Alice加密发送给Bob,Alice和Bob始终蒙在鼓中。如果Bob受到利益损害,则Alice可以指责说这是Bob自已泄露密匙导致。

  可见对称加密的问题在于:1、必须事先传递密匙,造成密匙传递过程中(叫带内传输)极易被窃。常规手段无法解决这种高风险。2、密匙管理困难:假设有n方两两通信,如采用一把密匙,则密匙一旦被盗,整个加密系统崩溃;如采用不同密匙,则密匙数等于n*(n-1)/2,意味着100个人两两通信,则每人要保管4950把密匙!密匙管理成为不可能。3、由于密匙共享,无法实现不可否认。

  虽然对称加密对数据本身的加密能力足够强大,而且已经在政府机关和商业机构内部得到了广泛应用,但不解决上述问题,面向互联网的电子商务和电子政务就无从谈起。 1975年下半年,斯坦福大学的教授狄菲和赫尔曼向全美计算机会议提交了名为《多用户加密技术》的论文,总结了正在探索中的公匙加密技术,但没有提出新的解决方案。

  1976年5月,两人在全美计算机会议上又公布了离散指数密码算法,并在IEEE发表了著名的《密码学研究新方向》论文,提出了基于离散指数加密算法的新方案:交易双方仍然需要协商密匙,但离散指数算法的妙处在于:双方可以公开提交某些用于运算的数据,而密匙却在各自计算机上产生,并不在网上传递。EVE如果只监听而不参加运算,他是不可能从窃得的信息推导出密匙的。从而保证了密匙的安全。这是公匙加密的雏形。遗憾的是,这一类似于打电话状态的加密方法,要求交易方必须同时在线,且同样以相互信任为前提,所以仍然无法满足现代电子交易的需要。1978年,麻省理工学院的三名教授瑞斯特(Rivest)、沙米尔(Shamir)和艾德曼(Adleman)人从这篇论文得到启发,开发了非对称RSA公共密匙算法。由于这一算法既解决了密匙的带内传输问题,又不必交易双方同时在线,也不要求交易方必须信任,终于为现代电子商务的蓬勃发展铺平了道路。

  非对称加密是对称加密“逆向思维”的结果,即“一把锁对应两把钥匙”,任意一把加锁,但必须由另一把开锁。

  1.Bob公开发布他的公匙;2、Alice用Bob的公匙加密明文得到密文并传送给Bob;3、Bob用它从不公开的私匙对该密文解密。

  尽管这次Eve可以合法得到Bob的公匙,却无法对第2步截获的密文加以解密,因为他没有Bob的私匙。

  Bob的公匙和私匙从何而来?为什么公匙加密的文件只有私匙才能解密?要搞清这两个问题,必须回过头来认识公匙加密的数学基础:大数不可能质因数分解假说。

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