在掌握了ElGamal和Schorr数字签名算法的基础上,进一步地学习和掌握DSA签名算法。深入地理解该算法是如何降低了签名信息的长度(当其中一个重要参数选为512bit的素数时,ElGamal签名的长度为1024bit,而DSA中通过160bit的素数可以将签名的长度降低为320bit),从而减少了存储空间和传输带宽。
4.学习DSA数字签名算法。
5.掌握如何使用Java BigInteger类,简单实现最基础的DSA公私钥签名算法。
6.深入地理解DSA签名算法与RSA算法的区别。
JDK 1.8,Java开发环境
四、实验内容
public void initKeys(){
q = new BigInteger(160, 100, new SecureRandom());
do {
BigInteger t = new BigInteger(512, new SecureRandom());
p = t.multiply(q).add(BigInteger.ONE);
System.out.println("~");
}while(!p.isProbablePrime(100));
BigInteger h = _randomInZq();
g = h.modPow(p.subtract(BigInteger.ONE).divide(q), p);
x = _randomInZq();
y = g.modPow(x, p);
System.out.println("p : " + p);
System.out.println("q : " + q);
System.out.println("g : " + g);
System.out.println("x : " + x);
System.out.println("y : " + y);
}
其中,需要在前面定义、、、、、和设置一个随机函数。代码分别如下:
public class DSASign {
public BigInteger p,q,g;
public BigInteger x,y;
public BigInteger _randomInZq(){
BigInteger r= null;
do {
System.out.print(".");
r = new BigInteger(160, new SecureRandom());
}while(r.compareTo(q) >=0);
System.out.print(".");
return r;
}
因此,可根据公式,写代码如下:
public BigInteger[] signature(byte m[]){
BigInteger k = _randomInZq();
BigInteger sig[] = new BigInteger[2];
sig[0] = g.modPow(k, p).mod(q);
sig[1] = _hashInZq(m).add(x.multiply(sig[0])).mod(q)
.multiply(k.modInverse(q)).mod(q);
return sig;
}
其中选择的DSA签名算法中规定了Hash函数为SHA-1算法:
public BigInteger __hash(byte m[]) {
MessageDigest md;
try {
md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
md.update(m);
byte b[] = new byte[17];
System.arraycopy(md.digest(), 0, b, 1, 16);
return new BigInteger(b);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
System.out.println("this cannot happen.");
}
return null;
}
3.实现验证签名算法:当签名接收者在接收到消息和签名信息后,进行如下步骤计算:
实现该验证算法的代码如下:
public boolean verify(byte m[], BigInteger sig[]){
BigInteger w = sig[1].modInverse(q);
BigInteger u1 = _hashInZq(m).multiply(w).mod(q);
BigInteger u2 = sig[0].multiply(w).mod(q);
BigInteger v = g.modPow(u1, p).multiply(y.modPow(u2, p)).mod(p).mod(q);
System.out.println("v = " + v);
System.out.println("r = " + sig[0]);
return v.compareTo(sig[0]) == 0;
}
4.实现main方法,在main方法中调用算法进行测试:注意,此处需要修改为你的名字和学号。
public static void main(String args[]){
DSASign dsa = new DSASign();
dsa.initKeys();
String message = "My name is xxx, my student number is xxxxxx.";
System.out.println(message);
BigInteger sig[] = dsa.signature(message.getBytes());
System.out.println("DSASignture verifies result:" + dsa.verify(message.getBytes(),sig) );
}
import java.math.BigInteger;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.util.Random;
public class DSASign {
public BigInteger p,q,g;
public BigInteger x,y;
public BigInteger _randomInZq(){
BigInteger r= null;
do {
System.out.print(".");
r = new BigInteger(160, new SecureRandom());
}while(r.compareTo(q) >=0);
System.out.print(".");
return r;
}
public BigInteger _hashInZq(byte m[]){
MessageDigest md;
try {
md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
md.update(m);
byte b[] = new byte[17];
System.arraycopy(md.digest(), 0, b, 1, 16);
return new BigInteger(b);
}catch (NoSuchAlgorithmException e){
System.out.print("This cannot happen!");
}
return null;
}
public void initKeys(){
q = new BigInteger(160, 100, new SecureRandom());
do {
BigInteger t = new BigInteger(512, new SecureRandom());
p = t.multiply(q).add(BigInteger.ONE);
System.out.println("~");
}while(!p.isProbablePrime(100));
BigInteger h = _randomInZq();
g = h.modPow(p.subtract(BigInteger.ONE).divide(q), p);
x = _randomInZq();
y = g.modPow(x, p);
System.out.println("p : " + p);
System.out.println("q : " + q);
System.out.println("g : " + g);
System.out.println("x : " + x);
System.out.println("y : " + y);
}
public BigInteger[] signature(byte m[]){
BigInteger k = _randomInZq();
BigInteger sig[] = new BigInteger[2];
sig[0] = g.modPow(k, p).mod(q);
sig[1] = _hashInZq(m).add(x.multiply(sig[0])).mod(q)
.multiply(k.modInverse(q)).mod(q);
return sig;
}
public boolean verify(byte m[], BigInteger sig[]){
BigInteger w = sig[1].modInverse(q);
BigInteger u1 = _hashInZq(m).multiply(w).mod(q);
BigInteger u2 = sig[0].multiply(w).mod(q);
BigInteger v = g.modPow(u1, p).multiply(y.modPow(u2, p)).mod(p).mod(q);
System.out.println("v = " + v);
System.out.println("r = " + sig[0]);
return v.compareTo(sig[0]) == 0;
}
public static void main(String args[]){
DSASign dsa = new DSASign();
dsa.initKeys();
String message = "My name is xxx, my student number is xxxxxx.";
System.out.println(message);
BigInteger sig[] = dsa.signature(message.getBytes());
System.out.println("DSASignture verifies result:" + dsa.verify(message.getBytes(),sig) );
}
}
DSA数字签名算法主要依赖于整数有限域离散对数难题,素数必须足够大,且至少包含一个大素数因子以抵抗Pohlig &Hellman算法的攻击。一般都应采用信息的HASH值。DSA加密算法的安全性主要依赖于和,若选取不当则签名容易伪造,应保证对于的大素数因子不可约。其安全性与RSA相比差不多。DSA数字签名算法,它是另一种公开密钥算法,它不能用作加密,只用作数字签名(这就是何RSA的区别)。特别要注意的是,要深入地挖掘算法所隐藏的含义,这对我们理解算法和代码实现极其重要。同时在代码的实现过程中一定要细心地到底是模还是模,这关乎着验证过程的正确性。