网络安全-哈希算法和数字签名

1. 单向散列算法

• 单向散列算法也称为哈希算法，它是一种不可逆的单向数学函数，把哈希算法应用于任意长度的一块数据，可以将它映射为一段数据唯一的、不可逆的、定长的、极其紧凑的字符串，这个字符串便称为散列值、哈希值或消息摘要。
• 常见的单向散列算法有由Ron Rivest设计的可以产生128位散列值的MD5和由NSA设计的可以产生160位的散列值的SHA-1，还有SHA-224、 SHA-256、SHA-384 和SHA-512等。

常见 HASH 算法：

	SM3	SHA	MD5
Hash值	256bit	160bit	128bit
分组处理长	512bit	512bit	512bit
基本字长	32bit	32bit	32bit
步数	64(3*16)	80(4*20)	64(4*16)
消息长	<2^64bit	2^64bit	不限

MD5： MD5 是由 Ron Rivest 设计的可产生一个 128 位的散列值的散列算法。MD5 设计经过优化以用于 Intel 处理器。这种算法的基本原理已经泄露，这就是为什么它不太受欢迎的原因。

SHA-1：与 DSA 公钥算法相似，安全散列算法 1(SHA-1)也是由 NSA 设计的，并由 NIST 将其收录到 FIPS 中，作为散列数据的标准。它可产生一个 160 位的散列值。SHA-1 是流行的用于创建数字签名的单向散列算法。

HASH 算法主要应用：

1）文件校验 　　
我们比较熟悉的校验算法有奇偶校验和CRC校验，这2种校验并没有抗数据篡改的能力，它们一定程度上能检测并纠正数据传输中的信道误码，但却不能防止对数据的恶意破坏。 　　
MD5 Hash算法的"数字指纹"特性，使它成为目前应用最广泛的一种文件完整性校验和（Checksum）算法，不少Unix系统有提供计算md5 checksum的命令。 　　
2）数字签名 　　
Hash 算法也是现代密码体系中的一个重要组成部分。由于非对称算法的运算速度较慢，所以在数字签名协议中，单向散列函数扮演了一个重要的角色。对 Hash 值，又称"数字摘要"进行数字签名，在统计上可以认为与对文件本身进行数字签名是等效的。而且这样的协议还有其他的优点。 　　
3）鉴权协议 　　
如下的鉴权协议又被称作"挑战--认证模式：在传输信道是可被侦听，但不可被篡改的情况下，这是一种简单而安全的方法。

2. 数字签名

• 数字签名，顾名思义，就像在办公中用笔对纸质文件进行签名，它是在计算机上对数据文件进行签名，用于鉴别数字信息，验证数据发送方的身份，保证数据的完整性和不可否认性。
• 它结合使用了非对称加密技术与哈希算法来实现，它包含两种互补的运算：一个用于数字签名的签署，另一个用于数字签名的验证。签名和验签的过程一般由启用 PKI 的应用程序完成，首先由数据的发送方用哈希算法生成数据的哈希值，然后用自己的私钥将这个哈希值加密形成数字签名，将它与数据一起加密发送给接收方；接收方进行解密获得数据和数字签名后，用发送方的公钥对数字签名进行解密，如果成功解密，即证明了发送方的身份；对数字签名解密得到数据的哈希值之后，数据的接收方对数据用相同的哈希算法生成另一个哈希值，然后将这两个哈希值进行比较，如果两者相同，则证明这块数据极有可能在传输期间没有被篡改。.

数字签名签署和验证数据的步骤如图所示：

PKCS1 和 PKCS7 标准格式的签名：

1. PKCS1签名：即裸签名，签名值中只有签名信息。

2. PKCS7签名：签名中可以带有其他的附加信息，例如签名证书信息、签名原文信息、时间戳信息等。

PKCS7 的 attached 和 detached 方式的数字签名：

1. attached 方式是将签名内容和原文放在一起，按 PKCS7 的格式打包。PKCS7的结构中有一段可以放明文，但明文必需进行ASN.1编码。在进行数字签名验证的同时，提取明文。这里的明文实际上是真正内容的摘要。

2. detached 方式打包的 PKCS7格式包中不包含明文信息。因此在验证的时候，还需要传递明文才能验证成功。同理，这里的明文实际上是真正内容的摘要。

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