数字签名是用于验证数字和数据真实性和完整性的加密机制。我们可以将其视为传统手写签名方式的数字化版本,并且相比于签字具有更高的复杂性和安全性。
简而言之,我们可以将数字签名理解为附加到消息或文档中的代码。在生成数字签名之后,其可以作为证明消息从发送方到接收方的传输过程中没有被篡改的证据。
虽然使用密码学保护通信机密性的概念可以追溯到古代,但随着公钥密码学(PKC)的发展,数字签名方案在20世纪70年代才成为现实。因此,要了解数字签名的工作原理,我们首先需要了解散列函数和公钥加密的基础知识。
散列函数
哈希是数字签名中的核心要素之一。哈希值的运算过程是指将任意长度的数据转换为固定长度。这是通过称为散列函数的特殊运算实现的。经过散列函数运算而生成的值称为哈希值或消息摘要。
当哈希值与加密算法相结合,即使用加密散列函数的方法来生成散列值(摘要),该值可作为唯一的数字指纹。这意味着对于输入数据(消息)的任何更改都会导致有完全不同的输出值(散列值)。这就是加密散列函数被广泛用于验证数字和数据真实性的原因。
公钥加密(PKC)
公钥加密或PKC是指使用一对密钥的加密系统:公钥和私钥。这两个密钥在数学上是相关的,可用于数据加密和数字签名。
作为一种加密工具,PKC相比于对称加密具有更高的安全性。对称加密系统依赖于相同的密钥进行加密和解密信息,但PKC则使用公钥进行数据加密,并使用相应的私钥进行数据解密。
除此之外,PKC还可以应用于生成数字签名。本质上,该过程发送方使用自己的私钥对消息(数据)的哈希值进行加密。接下来,消息的接收者可以使用签名者提供的公钥来检查该数字签名是否有效。
在某些情况下,数字签名本身可能包括了加密的过程,但并非总是这样。例如,比特币区块链使用PKC和数字签名,而并不像大多数人所认为的,这个过程中并没有进行加密。从技术上讲,比特币又部署了所谓的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)来验证交易。
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