毕业论文-数字签名技术的研究与实现.doc

-1-存档日期：存档日期：存档编号：存档编号：本本科科生生毕毕业业论论文文题题目：目：数字签名技术的研究与实现子子课课题：题：学学号：号：姓姓名：名：联联系系电电话：话：电电子子邮邮箱：箱：学学院：院：计算机学院专专业：业：计算机科学与技术学院(物联网)年年级级、班班级级：11计81指指导导教教师：师：江苏师范大学教务处印制江苏师范大学教务处印制-2-江苏师范大学计算机学院学士学位毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文数字签名技术的研究与实现是本人在导师指导下，在江苏师范大学计算机学院学习期间，进行毕业论文时取得的成果。本人知道，除文中已经标明引用的内容外，本毕业论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。班级：11计81班学号：学生签名：年月日-3-数字签名技术的研究与实现摘要：当今电子网络信息技术的不断发展，信息社会的时代已经到来。因此各个国家都开始重视自己国家的信息安全问题。，在激烈的网络安全竞争中，我们国家的信息安全方面并不理想。密码学是一门古老而深奥的学科。在这篇论文里，我对数字签名的技术及其算法进行了研究学习，尝试了解实现简单的加密算法并对强弱盲签名。论文首先介绍了密码学和数字签名的基本概念、原理及目前国内外的研究现状等基本问题，给出了数字签名的理论模型，为数字签名算法的提出、实现以及测试提供了理论依据。分析比较了强盲签名和弱盲签名的性能区别，研究了几种典型的盲签名方案。论文最后还将实现一种简单的ELGamal数字签名算法。关键词：密码学；数字签名；ELGamal算法；强盲签名；弱盲签名-4-ResearchandImplementationofDigitalSignatureTechnologyAbstract:Withtherapiddevelopmentofelectronicinationtechnologymankindhasenteredtheinationsociety.Astheentiresocietyhasbecomeavastcomputernetworksoinationsecurityandcomputernetworksecurityhasarousedwidespreadconcernandattention.ItisworthmentioningisthattheofChinasinationsecurityisnotoptimistic.Cryptographyisanancientandesotericsubjectstheaveragepersonitisstrangebecauseforalongtimeitisonlyinasmallrangesuchasmilitarydiplomaticintelligenceandotherdepartments.Inthispaperstartingfromtheconceptofcryptographydigitalsignaturetechnologyanditsalgorithmisstudiedanddiscussed.Atthesametimebasedontheclassicalalgorithmmoresecureefficientdigitalsignaturesolutionsresearch-basedPKIdigitalsignaturetechnologyandtodesignandimplementasetofvisualenterprisedigitalsignaturesystemonthisbasis.Paperintroducesthebasicconceptsofcryptographyanddigitalsignaturesprinciplesandresearchstatusofthebasicproblemsathomeandabroadandthetheoreticalmodelofdigitalsignaturedigitalsignaturealgorithmisproposedimplementationandtestingprovidesatheoreticalbasis.Analysisandcomparisonoftheperancedifferencesbetweenstrongandweakblindsignatureblindsignaturestudyseveraltypicalblindsignaturescheme.FinallythepaperwillalsoimplementasimpleELGamaldigitalsignaturealgorithm.Keywords:CryptographyDigitalsignaturesELGamalalgorithmStrongblindsignatureWeakblindsignature.-5-目目录录第第1章章绪论绪论.11.1背景.11.2目的和意义.21.3国内外研究现状.21.3.1发展状况.21.3.2算法状况.31.4本论文研究的目的和内容.3第第2章章理论基础理论基础.42.1数学基础知识.52.1.1同余类.52.1.2有限域.62.2数学困难问题.62.2.1整数分解问题.72.2.2二次剩余问题.72.3计算复杂性.82.4密码学假设.82.5本章小结.8第第3章章数字签名数字签名.93.1数字签名的安全性.103.2签名的一般组成.103.3常用数字签名算法.103.2.1RSA.103.2.2ELGamal数字签名.103.4特殊数字签名算法.103.4.1盲签名.强盲签名.弱盲签名.113.5本章小结.12第第4章章一种一种基于基于ELGamal的数字签名算法的数字签名算法.134.1ELGamal算法基础.134.2ELGamal签名算法.134.3本章小结.18第第5章章盲签名盲签名.195.1盲签名概述.195.2盲签名研究与应用.195.3典型的盲签名方案.215.3.1RSA盲签名.215.3.2SChnorr盲签名.215.2.2ELGamal盲签名.21-6-5.4本章小结.23第第6章章总结与展望总结与展望.246.1总结.246.2展望.24毕业设计体会毕业设计体会.25致谢致谢.26参考文献参考文献.27英文原文英文原文.28原文翻译原文翻译.46-1-第第1章章绪论绪论1.1背景背景网络的迅速发展，网络交流越来越普遍，相继出现了很多网络交流软件：qq、微信等。但是信息在冗杂的网络上传播并不是绝对安全的，因此判断一个消息是否完整和重要、对一些重要消息保密、加密、认证变得十分重要。在这种情况下，数字签名应运而生。在数字签名不需要两个人坐在一起，不需要两个人见面而实现的对一些文件的签署效应。这种技术在电子商务中被广泛应用。网络信息安全技术，这是一门综合性很强的专业学科，涉及到很多领域知识，包括密码学、信息论、计算机技术、网络安全等。网络信息安全的主要任务就是保护信息在网络内和计算机之间传递的安全性。在这其中，网络信息安全技术的主要基础是密码学。伴着计算机网络逐渐的渗透到各个不同的领域，密码学也不断发展。随后密码学不断发展衍生出了数字签名、身份鉴定等技术学科。11.2目的和意义目的和意义在现在的社会中，不管是日常生活还是在平常性工作中，有很多事物的处理需要对某些文件进行签字。在常规签署工作中，一般常用的是印章、指纹、手写签字等方式。但是，如何在网络传输的文件上千名是一个继续解决的问题，如何产生安全保密的有效签名更是迫切需要解决的问题。现实生活中，书面签名能得到司法部门的认可，可是在电子网络上，这些书面签名失去了很多真实意义。在数字网络上签名和真实文件签名这件有很多区别，数字签名不可以直接复制伪造，这也是数字签名的优势所在。作为网络信息安全保护重要的签名方式，数字签名有以下性质：（1）防止假冒对于签名者之外的另外所有人都不能伪造这个消息的签名，因为只有真正的合法签名者拥有对这个消息的密钥，而只有有密钥的人才能对消息产生合法有效签名，所以这种方式比书面签名安全。但是，这也需要真正的签名者务必妥善保护好自己的签名私钥，不能随意让别人知道自己的签名密钥。（2）防篡改在数字签名中，因为在网络上签名和应签名的电子文件成为了一个整体的数据包，所以不知道私钥的任何个体都不能够改变原来产生的签名数据。（3）防重放数字签名可以用很多技术防止签名好的数据重放，例如运用时戳技术、对报文添加流水号等都可以。（4）防抵赖由于只有一个人，也就是拥有签名私钥的人可以对文件进行签名，因此数字签名很难被伪造假冒。而且签名好的报文只有签名者有，所以常规情况下，只要签名者能够不保存好报文和私钥，一般不会出现假冒的。既然不会假冒的，所以一旦签名生成就没法抵赖，一文只有签名者可以签名，其他人不可以对文件签名。所以，签名者没法抵赖自己的签名文件。（5）私密性生活中用手写的签名文件没有很好的保密性能。因为如果签名文件的丢了的话，-2-上面的信息很可能被别人窃取。而电子数据包丢失后需要密码才能打开，所以信息会被保护的较好。数字签名不仅是一种签名保密方式，也常常被应用到认证方面。对于接收到的文件，可以用签名技术进行真实性认证。1.3国内外研究现状国内外研究现状1.3.1发展状况发展状况随着电子政务这一新概念的提出和逐步推广，全世界越来越多的国家开始认识并了解电子政务，而且开始着手为构建电子政府而不懈努力。在这个庞大的队伍当中，新加坡这个只有400万人口的迷你型国家，却早已悄悄地走到了队伍的最前列。1999年，美国大众服务管理部将新加坡的电子政府网站评为世界上最先进的综合服务网站。英国的电子政府在建设过程中主要集中在三个方面：运用信息和传播技术改善政府执行部门包括公众服务传送的效率和有效性；信息和传播技术可以增强政府部门的透明度，使公民和企业获取更多的政府信息；使用信息和传播技术可以使公民与国家之间的关系以及政府框架和民主流程发生重要转变。近年来，随着“直接政府”、电子化政府等政策的提出，英国人民所关注的焦点集中在了政府机制的现代化以及政府与公民、企业间的相互作用上。并且，随着万维网络、电子商务、数码电视技术等的发展，英国电子化政府也就具有了与以前不同的内涵。归纳起来，英国电子化政府的远景与目标是：增进政府机制的效率和有效性；改善公民与政府部门间的作用面；推动民主进程。与20世纪90年代初相比，电子政务近向年来正在进入全面发展的快车道。从全球电子政务发展的情况我们可以看出，电子政务发展较快的国家大都首先源于国家或政府领导人敏锐的洞察力，强烈的政治意愿和有力的领导。这些国家的领导人首先从政治上确定了电子政务的目标并勾画了其应实现的蓝图，然后落实相应的实施部门和制订有力的实施计划和措施。最近的一份报告显示，世界各国明显加快了实施电子政府战略的步伐。例如，到2006年，美国各级政府将接受33300万份企业和民众经由网上提出的申请或报告，政府当局也将在全美各地推出近14000种在线申请服务；英国有60的政府机构的互联网服务网站已经开通或正在建设，其他国家这一比例最高为53。预计到2002年底将有41的英国公众主要通过政府机构的网站享受政府服务。与之相比，加拿大的这一比例将达40，澳大利亚为34，美国为31，日本国会已准备在下一个会期讨论一项法案，即日本准备将9089种申请及注册表格转到网上处理。法案一旦通过，将有助于成就日本在2003会计年度实现既定的“电子政府”目标。在世界各国积极发展电子政务，构建电子政府的探索和实践中，逐渐出现了如下明显的主流发展趋势。因特网是现代社会最重要的信息基础设施及现代信息和知识经济的重要支撑环境。国际上正在着力发展性能更加优越的第二代因特网，目前，美国已建成连接180所大学的第二代因特实验网。受到中国国家自然科学基金委员会支持的“中国高速互联研究试验网络（nsfcnet）”已基本建成，并可直接与美国第二代因特网（internet）连通，该实验网的建立，首次实现了同时支持100路的大规模多媒体流实时协同应用。为了全面实现电子政府所规定的理想目标，这就要求互联网络相应在物理结构和性能上也要达到高速、互动、个性化。-3-1.3.2算法状况算法状况数字签名技术是保证信息传输的保密性、数据交换的完整性、发送信息的不可否认性、交易者身份的确定性的一种有效的解决方案，是电子商务安全性的重要部分。Internet的迅猛发展使电子商务成为商务活动的新模式。电子商务包括管理信息系统MIS、电子数据交换EDI、电子订货系统EOS、商业增值网VAN等，其中EDI成为电子商务的核心部分，涉及到多个环节的复杂的人机工程。网络的开放性与共享性也导致了网络的安全性受到严重影响，在开放的Internet平台上，社会生活中传统的犯罪和不道德行为将变得更加隐蔽和难以控制。人们从面对面的交易和作业，变成网上互不见面的操作、没有国界、没有时间限制，就产生了更大的安全隐患。因此，在电子商务的发展热潮中，电子商务的安全性已成为制约电子商务发展的重要瓶颈。如何保证网上传输的数据的安全和交易对方的身份确认是电子商务是否得到推广的关键，可以说电子商务最关键的问题是安全性问题。1.4本论文的研究内容本论文的研究内容本文着手从数字签名出发，阐述了一些常用数字签名技术、算法。从最基本的几种算法阐述了数字签名的重要性和实用性。第一章介绍了数字签名的概况，数字签名的意义，国内外状况，算法状况，以及数字签名研究的目的和意义。第二章介绍了数字签名的理论基础和数字签名基于的一些数学问题。其中详细讲述了数字签名基于数学上的一些基础知识，比如同余类、有限域、大素数问题等。在数字签名计算复杂性和密码学假设上做了详细介绍。第三章阐述了数字签名的安全性以及数字签名一般组成等签名概念性问题。第四章介绍了一种基于ELGamal数字签名算法，从基础到简单实现做了系统介2绍。第五章盲签名，介绍了盲签名概念、研究应用。后续指出了几种典型的盲签名方案并简单做了几种方案的比较。第六章是对本论文的总结与展望，以及论文期间的体会和获益。1.5本章小结本章小结本章首先介绍数字签名的研究背景，发展状况。综述了本论文的主要研究内容。-4-第第2章章理论基础理论基础2.1数学基础知识数学基础知识2.1.1同余类同余类3以正整数m为模，则任何整数必与0，1，2，m-1之一同余，把同余的数归为一类，不同余的数归为不同的类，则全体整数被分为m个类，称为关于模m的同余类，或模m的剩余类，我们用rmodm表示r所属的模m的同余类。比如模4的四个同余类为：（因为整数有无穷个，这里用.省略其他数字）.-8-4048.-7-3159.-6-22610.-5-13711.同余数概念的理解同余数概念的理解设m是一个固定的正整数，于是称整数a和b针对模m是同余的，是指a-b能够被m整除，即ma-b。以代数表达如下，令a=d+pm，b=d+qm，则a-b=(p-q)m，dpq也均为整数，且p=nq或q=np(n为整数)，m(p-q)m，ma-b。这相当于存在整数c，使得a-b=cm表示成ab(modm)。举一个时钟的例子，12点就是0点，那么，2，14，26，38，等等都是同余数，因为它们任意两个数之差都能被12整除，表示为：2142638(mod12)。关于同余类关于同余类设d+nm为模m的全体同余数，其中，0d0n0，这是一个什么概念呢？下面再举一个不恰当的例子。d就好比是一个人兜里的零钱，定义为：小于某一固定面额（0dlengt