Crypto++（二）数字签名算法DSA

本文翻译自 https://www.cryptopp.com/wiki/Digital_Signature_Algorithm，本人英文水平有限，如有翻译不当之处请给出修改建议！

DSA是数字签名算法，DSA是 FIPS 186中指定的三种数字签名方案之一。FIPS 186-2 指定了一个1024位的p，160位的q，并且使用SHA-1作为哈希算法。FIPS 186-3 使用更大的哈希值SHA-2作为哈希算法，p值增大到3072位，q值增大到256位。FIPS 186-3 在2009年6月生效。

在早期的FIPS186文档中，为了允许更小的DSA模运算，未定义 DSA_1024_BIT_MODULUS_ONLY。如果要使用一个更低级别的模运算大小，一定要记住模数的PRIME_LENGTH_MULTIPLE倍 一定要介于 DSA::MIN_PRIME_LENGTH和 DSA::MAX_PRIME_LENGTH之间。

1. 构造函数

DSA::PublicKey 和 DSA::PrivateKey 都是由不接受任何参数的模板类定义的。详细的定义参看gfpcrypt.h头文件。

2 样例程序

2.1 密钥生成

下面的样例代码生成一个DSA密钥。

#include "dsa.h"
#include "osrng.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
   AutoSeededRandomPool rng;

   // Generate Private Key
   DSA::PrivateKey privateKey;
   privateKey.GenerateRandomWithKeySize(rng, 1024);

   // Generate Public Key   
   DSA::PublicKey publicKey;
   publicKey.AssignFrom(PrivateKey);
   if (!privateKey.Validate(rng, 3) || !publicKey.Validate(rng, 3))
   {
      throw runtime_error("DSA key generation failed");
   }

   return 0;
}

2.2 加载和保存

下面的程序序列化DSA密钥为PKCS#8 和 X.509格式扩展了密钥生成样例， 在下面的代码中，编码后的密钥(encodedPublicKey 和 encodedPrivateKey)存在于内存中。密钥能够被持久化到磁盘中，使用FileSink 而是不 StringSink类。下面的代码使用StringSink和string来保存私钥。尽管方便，但是不是一个好的主意。

AutoSeededRandomPool rng;

// Generate Public and Private Keys
DSA::PrivateKey privateKey = ...; 
DSA::PublicKey publicKey = ...;
...

// DER Encoded Keys
string encodedPublicKey, encodedPrivateKey;

// Serialize in PKCS#8 and X.509 format
publicKey.Save( StringSink(encodedPublicKey).Ref() );
privateKey.Save( StringSink(encodedPrivateKey).Ref() );

// Decode DSA keys
DSA::PrivateKey decodedPrivateKey;
decodedPrivateKey.Load(
   StringStore(encodedPrivateKey).Ref()
);

DSA::PublicKey decodedPublicKey;
decodedPublicKey.Load(
  StringStore(encodedPublicKey).Ref()
);

2.3 签名生成和验证

建立在之前例子的基础上，接下来的例子签名并验证一个消息。签名使用SignerFilter完成，而验证是由SignatureVerificationFilter类完成的。

// Generate or Load the Public and Private Keys
DSA::PrivateKey PrivateKey; 
DSA::PublicKey PublicKey;
...

string message = "DSA Signature";
string signature;

DSA::Signer signer( PrivateKey );
StringSource ss1( message, true, 
    new SignerFilter( rng, signer,
        new StringSink( signature )
    ) // SignerFilter
); // StringSource

DSA::Verifier verifier( PublicKey );
StringSource ss2( message+signature, true,
    new SignatureVerificationFilter(
        verifier, NULL, THROW_EXCEPTION
        /* SIGNATURE_AT_END */
    )
);

cout << "Verified signature on message" << endl;

在上述的例子中，过滤器接受message+signature的串联，如果签名首先被插入，SIGNATURE_AT_BEGIN 应该被指定为一个额外的标签值。

DSA::Verifier verifier( PublicKey );
StringSource ss( signature+message, true,
    new SignatureVerificationFilter(
        verifier, NULL,
        THROW_EXCEPTION | SIGNATURE_AT_BEGIN
    )
);

接下来的样例验证签名而不抛出异常。该样例使用标签 PUT_RESULT。 SignatureVerificationFilter 将会把结果添加到附加的转换中。结果通过管道输入bool值result。为了方便管道（传输数据）变量被包装成ArraySink。以下代码中有三点值得关注：首先，同时指定PUT_RESULT 和 THROW_EXCEPTION没有任何意义；其次，StringSink不能够被使用因为为bool值不是继承自std::basic_string；最后，唯一的标签是PUT_RESULT，因此签名必须在最后呈现（SIGNATURE_AT_BEGIN没有被指定）。

...

DSA::Verifier verifier( PublicKey );

bool result = false;
StringSource ss( message+signature, true,
    new SignatureVerificationFilter(
        verifier,
        new ArraySink(
            (byte*)&result, sizeof(result ) ),
        PUT_RESULT | SIGNATURE_AT_END
    )
);

if( true == result ) {
    cout << "Verified signature on message" << endl;
}

最后的代码使用一个鲜为人知的sink称为转向器。并不拥有其附加的BufferedTransformation转向器,所以附加对象没有被删除（行为的结果,转向器需要引用而不是指针)。那是有用的, 当需要一个中间结果，该结果从一个对象。

...

DSA::Verifier verifier( PublicKey );
SignatureVerificationFilter svf(
    verifier /* SIGNATURE_AT_END */
); // SignatureVerificationFilter

StringSource ss( message+signature, true,
    new Redirector( svf )
); // StringSource

if( true == svf.GetLastResult() ) {
    cout << "Verified signature on message" << endl;
}