Java实现数字签名

短命女 2022-06-12 01:38 287阅读 0赞

**一、数字签名算法概述**

签名认证是对非对称加密技术与数字摘要技术的综合运用，指的是将通信内容的摘要信息使用发送者的私钥进行加密，然后将密文与原文一起传输给信息的接收者，接收者通过发送者的公钥信息来解密被加密的摘要作息，然后使用与发送者相同的摘要算法，对接收到的内容采用相同的方式方式产生摘要串，与解密的摘要串进行对比，如果相同，则说明接收到的内容是完整的，在传输过程中没有受到第三方的篡改，否则说明通信内容已被第三方修改。  
  
   我们知道，每个人都有其特有的私钥，且都是对外界保密的，而通过私钥加密的信息，只能通过其对应的公钥来进行解密。因此，私钥可以代表私钥持有者的身份，可以通过私钥对应的公钥来对私钥拥有者的身份进行校验。通过数字签名，能够确认消息是消息发送方签名并发送过来的，因为其他人根本假冒不了消息发送方的签名，他们没有消息发送者的私钥。而不同的内容，摘要信息千差万别，通过数字摘要算法，可以确保传输内容的完整性，如果传输内容在中途被篡改了，对应的数字签名的值也将发生改变。

**数字签名：**带有密钥（公钥，私钥）的消息摘要算法。私钥用于签名，公钥用于验证。

**数字签名的作用：**

验证数据的完整性，认证数据来源，抗否认。

**数字签名实现的具体原理：**   
   1、 将报文按双方约定的HASH算法计算得到一个固定位数的报文摘要。在数学上保证，只要改动报文中任何一位，重新计算出的报文摘要值就会与原先的值不相符。这样就保证了报文的不可更改性。(详见参考资料的"公钥密码技术原理"章节)  
   2、 将该报文摘要值用发送者的私人密钥加密，然后连同原报文和数字证书（包含公钥）一起发送给接收者而产生的报文即称数字签名。  
   3、接收方收到数字签名后，用同样的HASH算法对报文计算摘要值，然后与用发送者的公开密钥进行解密解开的报文摘要值相比较，如相等则说明报文确实来自所称的发送者。  
   4、同时通过证书颁发机构CA确认证书的有效性即可确认发送的真实身份。

**数字签名的产生过程如图如示：**

![Center][]

**数字签名的校验过程：**

![Center 1][]

**常用的数字签名有：RSA、DSA、ECDSA**

**二、数字签名算法—RSA**

RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。

特性：安全性抗和否认性

主要包括两类：MD、SHA

具体算法如下图：

![Center 2][]

例子：

package rmd_intl_app.Test;
    import java.security.KeyFactory;
    import java.security.KeyPair;
    import java.security.KeyPairGenerator;
    import java.security.PrivateKey;
    import java.security.PublicKey;
    import java.security.Signature;
    import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
    import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
    import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
    import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
    
    import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
    
    public class ImoocRSA {
    	
    	private static String src = "imooc security rsa";
    
    	public static void main(String[] args) {
    		jdkRSA();
    	}
    	
    	public static void jdkRSA() {
    		try {
    			//1.初始化密钥
    			KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    			keyPairGenerator.initialize(512);
    			KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
    			RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey)keyPair.getPublic();
    			RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
    			
    			//2.执行签名
    			PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());
    			KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
    			PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
    			Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
    			signature.initSign(privateKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			byte[] result = signature.sign();
    			System.out.println("jdk rsa sign : " + Hex.encodeHexString(result));
    			
    			//3.验证签名
    			X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());
    			keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
    			PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
    			signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");
    			signature.initVerify(publicKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			boolean bool = signature.verify(result);
    			System.out.println("jdk rsa verify : " + bool);
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    
    }

**三、数字签名算法—DSA**

DSA是Schnorr和ElGamal签名算法的变种，被美国NIST作为DSfS(DigitalSignature Standard)。  
   DSA是基于整数有限域离散对数难题的，其安全性与RSA相比差不多。DSA的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的p和q时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还是作了手脚。RSA却做不到。

DSA仅包含数字签名

具体算法如下图：

![Center 3][]

例子：

package com.imooc.security.dsa;
    
    import java.security.KeyFactory;
    import java.security.KeyPair;
    import java.security.KeyPairGenerator;
    import java.security.PrivateKey;
    import java.security.PublicKey;
    import java.security.Signature;
    import java.security.interfaces.DSAPrivateKey;
    import java.security.interfaces.DSAPublicKey;
    import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
    import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
    
    import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
    
    public class ImoocDSA {
    	
    	private static String src = "imooc security dsa";
    
    	public static void main(String[] args) {
    		jdkDSA();
    	}
    	
    	public static void jdkDSA() {
    		try {
    			//1.初始化密钥
    			KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");
    			keyPairGenerator.initialize(512);
    			KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
    			DSAPublicKey dsaPublicKey = (DSAPublicKey) keyPair.getPublic();
    			DSAPrivateKey dsaPrivateKey = (DSAPrivateKey)keyPair.getPrivate();
    			
    			//2.执行签名
    			PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(dsaPrivateKey.getEncoded());
    			KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("DSA");
    			PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
    			Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withDSA");
    			signature.initSign(privateKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			byte[] result = signature.sign();
    			System.out.println("jdk dsa sign : " + Hex.encodeHexString(result));
    			
    			//3.验证签名
    			X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(dsaPublicKey.getEncoded());
    			keyFactory = KeyFactory.getInstance("DSA");
    			PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
    			signature = Signature.getInstance("SHA1withDSA");
    			signature.initVerify(publicKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			boolean bool = signature.verify(result);
    			System.out.println("jdk dsa verify : " + bool);
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    
    }

**四、数字签名算法—ECDSA**

ECDSA: 椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signatrue Algorithm）

特点：速度快，强度高，签名短

具体算法如下图：

![Center 4][]

例子：

package com.imooc.security.ecdsa;
    
    import java.security.KeyFactory;
    import java.security.KeyPair;
    import java.security.KeyPairGenerator;
    import java.security.NoSuchAlgorithmException;
    import java.security.PrivateKey;
    import java.security.PublicKey;
    import java.security.Signature;
    import java.security.interfaces.ECPrivateKey;
    import java.security.interfaces.ECPublicKey;
    import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
    import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
    
    import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
    
    public class ImoocECDSA {
    	
    	private static String src = "imooc security ecdsa";
    
    	public static void main(String[] args) {
    		jdkECDSA();
    	}
    	
    	public static void jdkECDSA() {
    		try {
    			//1.初始化密钥
    			KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC");
    			keyPairGenerator.initialize(256);
    			KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
    			ECPublicKey ecPublicKey = (ECPublicKey)keyPair.getPublic();
    			ECPrivateKey ecPrivateKey = (ECPrivateKey)keyPair.getPrivate();
    			
    			//2.执行签名
    			PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(ecPrivateKey.getEncoded());
    			KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");
    			PrivateKey privateKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);
    			Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withECDSA");
    			signature.initSign(privateKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			byte[] result = signature.sign();
    			System.out.println("jdk ecdsa sign : " + Hex.encodeHexString(result));
    			
    			//3.验证签名
    			X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(ecPublicKey.getEncoded());
    			keyFactory = KeyFactory.getInstance("EC");
    			PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);
    			signature = Signature.getInstance("SHA1withECDSA");
    			signature.initVerify(publicKey);
    			signature.update(src.getBytes());
    			boolean bool = signature.verify(result);
    			System.out.println("jdk ecdsa verify : " + bool);
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		
    	}
    
    }

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[Center 2]: /images/20220612/d4ca165ae95c41e390c62de5436600d2.png
[Center 3]: /images/20220612/10668ae2fe4b43bfa2bbc9b767770ee1.png
[Center 4]: /images/20220612/6fc691b8626748328ed5798324b1733a.png