（计算机应用技术专业论文）利用pkica技术解决电子商务应用安全问题.pdf

rn p k i i c a发术 ,子庵 多月妥4 海 摘要 本文提出了采用p k i ( 公钥基础设施) 技术来实现安全需求中的身份认证、 数据传输以及不可抵赖的安全，主要用于解决存在于电子商务应用中的安全隐 患。 p k i 使用成熟的公开密钥机制，综合了密码技术、数字摘要技术、数字签 名等多项安全技术以及一套成熟的安全管理机制来提供有效的信息安全服务， 该技术己 被广泛地应用于全球的电子商务中，被证明是目 前基于互联网电子商 务安全的最佳解决方案。通过c a认证中心向最终用户签发数字证书， 最终用 户在电子商务应用系统中使用证书，完成用户的身份认证、授权以及信息传递 的保密性、完整性和不可抵赖性. 使用基于数字证书的p k i 对于电子商务应用来说是一个整体的安全解决方 案，但对于开展电子商务的企业自己建设认证中心存在一定的复杂性和管理的 难度。 因此， 本文提出了采用基于服务的模式建立p k i / c a ， 将系统的复杂性降 到了最低，开展电子商务的企业不需要自己建立复杂的c a认证系统，只需要 访问第三方c a认证中心所提供的现成服务即可，是一种安全可靠、节省建设 资金、降低维护成本、加快建设周期的解决方案。 本文利用p k i / c a技术解决和实现了以下一些课题: 1 .建立基于服务模式的电子商务 c a认证系统，为参与电子商务交易的 用户发放数字证书来对交易的各方进行身份标识，并且在交易的过程 中通过使用数字证书对交易的双方进行身份验证和签名验证，最终满 足电子商务的安全需求。 2 .实现电子商务应用系统的双向身份认证，即实现对用户的身份认证和 对电子商务网站的身份认证: 3 实现交易数据客户端加密和签名，服务端对交易数据的解密和签名验 证，实现交易安全性; 4 .满足移动用户的需求，实现用户随时随地使用自己的数字证书及私钥 的理念; 5 .实现安全电子邮件。 在文章最后， 还探讨了国内p k i 发展的趋势，并提出了本解决方案需继续 4 烈 尸 k u c a次脚决有子度多hk 探索和有待实现的问题， 如与浏览器、目 录、 v p n , we b服务器、 e r p 等应用 的集成。 总之， 本文提出了采用基于服务的模式建立p k i i c a ， 使得电子商务应用的 认证系统建设简单，维护方便，用户培训也很容易，对于推动电子商务应用能 真正安全、快速地进入商用化具有较强的实际意义。 关键字 p k i , c a , s s l 、数字证书、数字签名、电子商务 利渭 p k i i c a友术押决店子 魔多迈 幼 害 安全p i 瑟 abs t ract i n t h i s p a p e r , w e d i s c u s s t h e s u b j e c t o f u s i n g p u b l i c k e y i n f r a s t r u c t u r e ( p k i ) t o r e s o lv e t h e s e c u r i t y p r o b l e m i n t h e e - b u s in e s s e n v i r o n m e n t . p u b l i c k e y i n fr a s t r u c t u r e ( p k i ) d e s c r i b e s a s y s t e m t h a t u s e s p u b l ic k e y s a n d d i g i t a l i d s t o e n s u r e s e c u r i t y o f t h e s y s t e m a n d t o c o n fi r m t h e i d e n t i t y o f i t s u s e r s . p k i l e t s p e o p l e a n d c o m p a n i e s c o n d u c t b u s i n e s s i n p r i v a t e . p k i i s b a s e d o n a s y s t e m o f t r u s t , w h e r e t w o p a rt i e s ( t h e s e c a n b e p e o p l e o r c o m p u t e r s ) m u t u a l l y t r u s t a c a t o c h e c k a n d c o n fi r m th e i d e n t i t y o f b o t h p a rt i e s i n t h i s p a p e r , w e i n t r o d u c e d t h e o u t s o u r c e d p k i / c a s o l u t i o n . i t i s a n e f f e c t i v e a n d l o w c o s t s o lu t io n f o r c o m p a n i e s w h o a r e i n n e e d o f s e c u r i t y s o l u t i o n s , b u t n o t w i s h i n g t o m a n a g e t h e i n t r i c a c i e s t h e m s e l v e s . wi t h t h e s e r v i c e o f t h e o u t s o u r c e d p k i / c a s u p p l i e r , b u s i n e s s e s a r e a b l e t o i m p l e m e n t t h e u t m o s t i n s e c u re i n f r a s t r u c t u r e s , q u i c k l y , p a i n l e s s l y a n d , m o s t i m p o rt a n t l y , c o s t e ff e c t i v e l y . i n t h i s p a p e r , w e d i s c u s s s t h e d e v e l o p m e n t i n d e t a i l i n t h e s e c u r i t y s o l u t i o n o f i d e n t y a u t h e n t i c a t i o n , e l e c t r o n i c e x c h a n g e , s e c u ri t y e m a i l a n d m o b i l e u s e r e n v i r o m e n t . a t l a s t , w e d i s c u s s t h e f i e l d o f a c t u a li t y a n d t r e n d o f p k i i n d u s t ry in c h i n a a n d a l s o d i s c u s s t h e p o s s i b l e f u t u r e r e s e a r c h t o p r o v i d e e n t e r p r i s e s w i t h a s t a t e o f t h e a r t e - s e c u r i t y e n v iron m e n t , w h e t h e r s e c u r e v p n o r t r u s t e d w e b b a s e d o ff i c e s o l u t i o n s , c r e a t i n g a s e c u r e , s t a b l e f o u n d a t i o n t a i l o r e d t o e n t e r p r i s e s u n i q u e b u s in e s s n e e d s . k e y w o r d s p k i , c a , s s l , d i g i t al c e r t i fi c a t e , d i g i t a l s i g a n a t u r e . e - b u s i n e s s 6 掀毋p k i / c a友解$ p tft 子 庵务 第1 章 概述 1 . 1 背景 伴随着 i n t e rne t 的蓬勃发展，电子商务正以 其高效、低成本的优势，逐步 成为新兴的经营模式和理念，b 2 b . b 2 c等经营模式的不断优化和成熟更是推 动了世界范围内电子商务的发展。人们已不再满足于信息浏览和发布，而是渴 望着能够享受网络所带来的更多的便利。为了满足人们的需求，越来越多的网 站投身到提供电子商务服务的行列中来，越来越多的企业开始将自己的业务通 过i n t e rn e t 的形式直接提供给客户， 一个基于i n t e rn e t 的全球电子商务框架正在 形成。 由于电子商务是一种网络应用，它的所有内容都是以数字的形式流转于 i n t e rn e t 之上，因此，在电子商务应用中不可避免地存在着由i n t e rne t 的自由、 开放所带来的信息安全隐患。 i n t e rn e t 上横行的黑客、 肆虐的病毒使用户感觉到 目 前的电子商务环境缺乏安全。 根据中国互联网络信息中心 ( c n n i c ) 2 0 0 1 年 7月公布的 中国互联网络发展状况统计报告显示， 有 3 3 .4 %的用户认为目 前网上交易存在的最大问题是 安全性得不到保障11 ，排在了第一位，由此可见 用户对电子商务安全性的忧虑程度。安全问题在很大程度上阻碍了全球电子商 务的发展。因此，采取强有力的安全策略来保障电子商务的安全性将变得尤为 重要。 本 文是 作为电 子商务 应 用安 全 解决方 案的 课 题提出 ， 通过 将当 前 最 先 进、 应用最广泛的p k i / c a技术应用于电子商务应用系统当中，来解决电子商务的 安全问题. 1 . 2 内容组成 本文的内容主要分为九个部分: 第一部分 概述 第二部分 需求分析，分析电子商务的安全需求和应用需求，提出解决方 案的设计 目标。 第三部分 p hi 概念及算法，介绍了解决方案所涉及到的p k i 基础概念及 一-一 分-一一一一 i s 利 月 m i c a表 7 1决心子庵 多) 5 w # j ci 全%7 5 相关算法。 第四部分 设计思想，介绍解决方案所采用的技术体系和技术路线，以及 采用的原因。 第五部分 总体设计，介绍整体系统的构架。 第六部分c a认证系统， 介绍整体系统中负责证书颁发和管理的c a认证 系统部分。 第七部分电子商务应用安全解决方案，介绍利用 p k i / c a技术解决电子 商务应用系统安全的解决方案。 第八部分 p k i 建设模式的比较， 比 较分析了 服务与自 建两种不同的 方案， 并分析了国内p k i / c a系统发展的趋势。 第九部分 总结与展望，介绍了系统方案的主要特点，并说明了本项目 有 待进一步研究和实现的方向。 附录列出了本文的参考文献列表。 ; 1 . 3 术语与缩写词 擒 嘿赣哪一黝耀巍巍鑫黝蒸瓤燕藕挤 衬 介一二 p ki p u b li c k e y i n f r a s t r u c t u r e， 公钥基础设施 c a c e r t i fi c a t i o n a u t h o ri t y，认 证中 心 r a r e g i s t r a t i o n a u t h o r i ty，注 册 机关 c t nc h i n a t r u s t n e t w o r k ， 中国信任网络 vt n v e ri s i g n t r u s t n e t w o r k v e r i s i g n 全 球信 任网 络 crlc e rt i fi c a t e r e v o c a t i o n l i s t s， 证书废止表，又称证书黑名单 ocs po n l i n e c e r t i f i c a t e s t a t u s p r o t o c o l， 在线证书状态协议 s s l s e c u r e s o c k e t l a y e r ， 安 全套 接字协议 s mi me s e c u r i t y m u l t ip u r p o s e i n t e r n e t m a i l e x t e n s i o n s ， 安全多 用途网 f 邮件协议 利男p k i / c a m术钾决右子而 多应月p全a题 第2 章 需求分析 电 子商务是一种网络应用， 它的所有内 容都是以 数字的形式流转于i n t e rn e t 之上。用户登录电子商务网或电子商务系统，进行电子商务交易，系统传输的 数据涉及到用户和商家的机密数据，如信用卡号，电子交易合同等，而且数据 量大，不允许出现泄密、非法攻击，需要保证系统的安全可靠运行。 下面将对电子商务所面临的安全威胁进行剖析，从而在下面的章节中进行 整体分析与设计。 2 . 1 安全需求 电 子商务应用系统以i n t e m e t 为信息载体， 进行相关信息的交流。 i n t e rn e t 具有很强的开放性，在这个开放的网络环境中，会给电子商务的应用带来很大 的安全隐患。 目 前，用户以及开展电子商务的企业对电子商务的安全忧虑主要有: . 身份认证 由于非法用户可以伪造、假冒电子商务网站和用户的身份，因此登录到电 子商务应用系统的客户无法知道他们所登录的网站是否是可信的电子商务网 站， 电子商务网站也无法验证登录到网站上的客户是否是经过认证的合法用户， 非法用户可以借机进行破坏。” 用户名+口 令11 的传统认证方式安全性较弱，用 户口 令易被窃取而导致损失。 . 信息的机密性 传输在客户端与we b 服务器之间的敏感、 机密信息和交易数据， 如客户的 私隐信息、客户的信用卡号和密码等，有可能在传输过程中被非法用户截取， 破坏了电子商务交易的机密性。 . 信息的完整性 信息完整性是与信息机密性非常相似的又一安全隐患，在网上传输的信息 除了不被截获外，也必须保护数据不被恶意破坏，即保证数据和信息不被他人 恶意窜改。这就是人们常说的保证信息传输过程中的完整性。电子商务的敏感 信息和交易数据在传输过程中也有可能被恶意篡改， 破坏了电 子商务的信息完 整性。 侧 目 . . . . . . . . . . ， ， . ， 2 - 9 君一男 p k i / c a发术押爵咭子庵夯应月安 巴全问 . 信息的不可抵赖性 信息的不可抵赖性是指发送信息的一方不能对自己的发送的信息进行抵 赖，不能否认自己发送信息的行为。由于信息的传输是通过开放的互联网，经 常会由于对发送的信息进行抵赖而引起不必要的纠纷和问题，给电子商务交易 的双方带来巨大的影响和损失.网上交易行为一旦被进行交易的一方所否认， 另一方没有已签名的记录来作为仲裁的依据。 因此， 需要提供一种有效的机制， 来保证电子商务中信息的不可抵赖性。 虽 2 . 2 应用需求 根据上述分析的电子商务的安全需求，我们可知，在开展电子商务时，提 供安全的电子商务包括如下应用需求: 1 )需要实现对用户的身份认证 实现对用户的身份认证就是要求用户在访问、登录在线的电子商务应用 系统时，能够对用户的真实身份进行验证。只有身份真实的用户才能访 问该电子商务应用系统，进行网上电子商务交易; z )需要实 现对服务 器的 身份认证 用户在访问电子商务网站时，可以 对该电子商务网站进行身份认证， 可 以通过某种途径，来确认用户访问的电子商务网站的确是自己访问的网 站，而不是被非法用户假冒的网站。 3 )交易数据的机密性 用户访问电子商务网站，进行电子交易时的所有数据都是涉及到用户和 商家的机密数据，因此需要保证交易数据的机密性要求。所有交易数据 都需要加密进行传输，保证非法用户不能获取交易的明文信息。 4 )交易数据的抗抵赖性 电子商务交易数据包括很多商业数据，涉及到用户和企业的商业行为。 因此，参与交易的双方不能对自己的交易行为抵赖，需要对所有交易数 据进行数字签名，保证交易数据的完整性和不可抵赖性。 5 )安全电 子邮 件 电子邮件在电子商务中起到重要作用，用户和开展电子商务的企业都是 通过电子邮件来进行相互通信，进行商务协商。因此，在保证电子商务 p i 毋p k i / c a戎 7霹挽碧子庵 努力 仑 月安圣河题 交易安全性的基础上，还需要保证电子邮件的安全。 满足移动用户应用需求 参与电子商务交易的用户不仅仅在一个地方办公，而需要在不同地方不 同时间访问电 子商务网站，进行网上电子交易活动。因此，还需要满足 用户随时随地能够访问电子商务网站，进行安全的网上交易的需求。 夸 2 . 3 设计目标 通过上述的安全需求和系统应用需求分析，本方案将结合目 前最先进、 应 用最广泛的p k i / c a技术， 应用商业化的服务模式，来解决电子商务的安全问 题。本方案的设计目 标如下: 1 )建立基于服务 模式的电 子商务c a认证系 统， 为参与电 子商 务交易的 用 户发放数字证书来对交易的各方进行身份标识，并且在交易的过程中通 过使用数字证书对交易的双方进行身份验证和签名验证，最终满足电子 商务的安全需求。 2 )实现电子商务应用系统的双向身份认证，即实现对用户的身份认证和对 电子商务网站的身份认证; 3 )实现交易数据客户端加密和签名， 服务端对交易数据的解密和签名验证， 实现交易安全性; 4 )满足移动用户的 需求， 实现用户随时随地使用自 己的 数字证书及私钥的 理念; 5 )实现安全电子邮件。 下一章将首先介绍本解决方案实现过程中所涉及到的p k i 基础概念及算法， 随后各章将详细探讨本解决方案的具体实现。 利男p k 7 / c a友7 p ,决启了 局多应毋安 风 第3 章 p k i 基础概念及算法 3 . 1 p k i 简介 p k i ( p u b i c k e y i n fr a s t r u c t u r e ) 是一种遵循标准的 利用公钥加密技术为电 子 商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范。 用户可利用p k i 平台提供的 服务进行安全通信. 使用基于公钥技术系统的用户建立安全通信信任机制的基础是:网上进行 的任何需要安全服务的通信都是建立在公钥的基础之上的，而与公钥成对的私 钥只掌握在他们与之通信的另一方。这个信任的基础是通过公钥证书的使用来 实现的。公钥证书就是一个用户的身份与他所持有的公钥的结合，在结合之前 由一个可信任的权威机构c a来证实用户的身份，然后由其对该用户身份及对 应公钥相结合的证书进行数字签名，以证明其证书的有效性。 p k i 必须具有权威认证机构 c a在公钥加密技术基础上对证书的产生、管 理、存档、发放以 及作废进行管理的功能， 包括实现这些功能的全部硬件、软 件、 人力资源、 相关政策和操作程序，以 及为p k i 体系中的 各成员提供全部的 安全服务。如:实现通信中各实体的身份认证、保证数据的完整、抗否认性和 信息保密等。 p k i 基础设施采用证书管理公钥， 通过第三方的可信任机构一 认证中心， 把 用户的公钥和用户的其他标识信息捆绑在一起， 在 i n t e r n e t 网上验证用户的身 份。 p k i 基础设施把公钥密码和对称密码结合起来， 在i n t e r n e t 网上实现密钥的 自 动管理，保证网上数据的安全传输。 从广义上讲， 所有提供公钥加密和数字签名服务的系统， 都可叫做p k i 系 统， p k i 的主要目的是通过自 动管理密钥和证书，可以为用户建立起一个安全 的网络运行环境，使用户可以在多种应用环境下方便的使用加密和数字签名技 术， 从而保证网上数据的 机密性、完整性、有效性，数据的 机密性是指数据在 传输过程中，不能被非授权者偷看;数据的完整性是指数据在传输过程中不能 被非法篡改; 数据的有效性是指数据不能被否认。 一个有效的p k i 系统必须是 安全的和透明的，用户在获得加密和数字签名服务时，不需要详细地了解 p k i 是怎样管理证书和密钥的，一个典型、完整、 有效的p k i 应用系统至少应具有 以下部分: . ， ， ， ， 卜 钾 ， ， ， 3 - 1 2 刹 渭m / c a友术解决硷子局 多应月安ig -r a f . 公钥密码证书管理。 . 黑名单的发布和管理。 . 密钥的备份和恢复。 . 自 动更新密钥。 . 自 动管理历史密钥。 . 支持交叉认证。 由 于p k i 基础设施是目 前比较成熟、完善的i n t e r n e t 网络安全解决方案， 国外的一些大的网络安全公司纷纷推出一系列的基于p k i 的网络安全产品， 如 美国的v e r i s i g n , i b m ， 加拿大的e n t ru s t , s u n等安全 产品 供应商为用户提 供了一系列的客户端和服务器端的安全产品，为电子商务的发展以及政府办公 网、 e d i 等提供了安全保证。简言之， p k i ( p u b l i c k e y i n fr a s t r u c t u r e )公钥基 础设施就是提供公钥加密和数字签名服务的系统， 目 的是为了管理密钥和证书， 保证网上数字信息传输的机密性、真实性、完整性和不可否认性。 下面简要介绍一下本系统涉及到的一些p k i 基础算法及概念。 3 .2 p k i 加密算法 3 . 2 . 1 单钥密码算法 ( 加密) 单钥密码算法，又称对称密码算法:是指加密密钥和解密密钥为同一密钥 的密码算法。 因此， 信息的发送者和信息的接收者在进行信息的传输与处理时， 必须共同持有该密码 ( 称为对称密码) 。 在对称密钥密码算法中， 加密运算与解 密运算使用同样的密钥。通常使用的加密算法比 较简便高效，密钥简短，破译 极其困难;由于系统的保密性主要取决于密钥的安全性，所以在公开的计算机 网络上安全地传送和保管密钥是一个严峻的问题。最典型的是 d e s ( d a t a e n c r y p t i o n s t a n d a r d ) 算法。 d e s ( d a t a e n c r y p t i o n s t a n d a r d ， 数 据加 密标 准) 算 法， 它是一 个分组 加密 算法， 它以6 4 b i t 位 ( 8 b y t e )为分组对数据加密， 其中 有8 b i t 奇偶校验， 有 效密钥长度为5 6 b i t . 6 4 位一组的明文从算法的一端输入，6 4 位的密文从另一 端输出。 d e s 是一个对称算法， 加密和解密用的 是同一算法。 d e s 的安全性依 赖于所用的密钥。 拟 月 p k i / c a m次押决咭子局 努/男 安釜 i7 搏 密钥的长度为5 6 位。( 密钥通常表示为6 4 位的数， 但每个第8 位都用作奇 偶校验， 可以忽略。 ) 密钥可以是任意的5 6 位的数， 且可以在任意的时候改变。 其中极少量的数被认为是弱密钥，但能容易地避开它们。所有的保密性依赖于 密钥。 简单地说， 算法只不过是加密的两个基本技术一 混乱和扩散的组合。 d e s 基本组建分组是这些技术的一个组合( 先代替后置换) ， 它基于密钥作用于明文， 这是众所周知的轮 ( r o u n d ) . d e s 有1 6 轮，这意味着要在明文分组上1 6 次实 施相同的组合技术。此算法只使用了标准的算术和逻辑运算，而其作用的数也 最多只有6 4 位。 d e s对 6 4位的明文分组进行操作，通过一个初始置换，将明文分组分成 左半部分和右半部分，各3 2 位长。然后进行 1 6 轮完全相同的运算，这些运算 被称为函数f ,在运算过程中数据与密钥结合。经过1 6 轮后，左、右半部分合 在一起经过一个末置换 ( 初始置换的逆置换) ， 这样该算法就完成了。 在每一轮 中，密钥位移位，然后再丛密钥的5 6 位中选出4 8 位。通过一个扩展置换将数 据的右半部分扩展成4 8 位，并通过一个异或操作与4 8 位密钥结合，通过8 个 s 盒将这4 8 位替代成新的3 2 位数据，再将其置换一次.这四步运算构成了函 数f . 然后， 通过另一个异或运算，函数f 输出与左半部分结合， 其结果即成为 新的右半部分， 原来的右半部分成为新的左半部分。 将该操作重复1 6 次， 便实 现了d e s的1 6 轮运算。 假设b i 是第 i 次迭代的结果，l i 和 r i 是b i 的左半部分和右半部分，k i 是第i 轮的4 8 位密钥，且f 是实现代替、置换及密钥异或等运算的函数，那么 每一轮就是: 八=r y a a= 4 - 1 ( + ) f ( r ,- i . k i ) 3 . 2 .2双钥密码算法 ( 加密、签名) 双钥密码算法，又称公钥密码算法:是指加密密钥和解密密钥为两个不同 密钥的密码算法。公钥密码算法不同于单钥密码算法，它使用了一对密钥:一 个用于加密信息，另一个则用于解密信息，通信双方无需事先交换密钥就可进 行保密通信。 其中加密密钥不同于解密密钥， 加密密钥公之于众， 谁都可以用; 解密密钥只有解密人自己知道。这两个密钥之间存在着相互依存关系:即用其 中任一个密钥加密的信息只能用另一个密钥进行解密。 若以公钥作为加密密钥， 以用户专用密钥 ( 私钥)作为解密密钥，则可实现多个用户加密的信息只能由 一个用户解读;反之，以用户私钥作为加密密钥而以公钥作为解密密钥，则可 利男 p k i / c a发次押w咭子 席多应月* 全1留 实现由一个用户加密的信息而多个用户解读。 前者可用于数字加密，后者可用 于数字签名。 在通过网络传输信息时，公钥密码算法体现出了单密钥加密算法不可替代 的优越性。对于参加电子交易的商户来说，希望通过公开网络与成千上万的客 户进行交易。若使用对称密码，则每个客户都需要由商户直接分配一个密码， 并且密码的传输必须通过一个单独的安全通道。相反，在公钥密码算法中，同 一个商户只需自己产生一对密钥，并且将公开钥对外公开。客户只需用商户的 公开钥加密信息，就可以保证将信息安全地传送给商户。 公钥密码算法中的密钥依据性质划分，可分为公钥和私钥两种。用户产生 一对密钥，将其中的一个向外界公开，称为公钥:另一个则自己 保留，称为私 钥。凡是获悉用户公钥的任何人若想向用户传送信息，只需用用户的公钥对信 息加密，将信息密文传送给用户便可。因为公钥与私钥之间存在的依存关系， 在用户安全保存私钥的前提下，只有用户本身才能解密该信息， 任何未受用户 授权的人包括信息的发送者都无法将此信息解密。 r s a公钥密码算法即非对称算法保密技术是7 0年代末，由美国斯坦福大 学几位学者发明的，以 他们的名字 ( r i v e s t . s h a m i r , a d e l m a n ) 命名的 密码算 法，是一种公认的目 前网络上进行保密通信和数字签名的最有效的安全算法。 它与传统e f t中所采用的d e s . m a c保密算法， 对数据保密防篡改不同， r s a 可以 做到对发送过的信息， 具有抗抵赖性 ( 不可否认性) ， 用于数字签名、 数字 信对等技术。 r s a算法的安全性基于数论中大素数分解的困难性，所以r s a需采用足 够大的整数.其公开密钥和私人密钥是一对大素数 ( 1 0 0到2 0 0 个十进制数或 更大)的函数。从一个公开密钥和密文中恢复出明文的难度等价于分解两个大 素数之积。因子分解越困难，密码就越难以 破译，加密强度就越高。 r s a算法要求是一对数字. 一个叫公开密钥 ( p u b l i c k e y ) ， 一个叫 私人密 钥 ( p r i v a t e k e y ) ， 其中 私钥由 个人所有， 保密， 公钥可以 公开。 要传送信息时，可用对方的公钥对信息加密上网，对方收到这个信息要靠 他的 私钥解 密; 或者发送方用自己的私钥加密， 接收方用发送方的公钥解密， 两个数字吻合为一。 r s a的演算方法是: 1 )用户选择2 个够大的保密质数9 p( 一般为1 0 0 位以上十进数) 剥毋 p k ii c a友术解云 冷 告子肋 夯应渭安全 首 2 ) 令n = p q , n 是公 开的， 从n 分 解除q p 是 极 其困 难的。 n 的欧拉函数:4) ( n )= ( p - 1 ) ( q - 1 ) -t ( n )小于等于n ，并与n 互质 3 )选择一个相对大的整数e 作为加密指数，使e 与4) ( n )互质， 4 ) 解同等方程: e d =l mo d -b ( n ) 求出解密指数 d 5 )设m, c分别为要加密的明文和被加密的密文 ( m, c小于n ) 则:加密运算为:c =m e m o d n 解密运算为:m=c d m o d n 6 )每个用户都有一组密钥 ( e . d , n ) ( e , n )为p k 可以公开在手册上的公钥，e 为加密指数， ( d , n )为s k ( 或p v)是用户保密的私钥 将p .q 销毁 7 )要求明文x n 举例: 1 ) 选两个质数:p = 4 7 q = 7 1 2 ) 计算: n = p q = 3 3 3 7 4h ( n )= ( 4 7 - 1 ) ( 7 1 - 1 ) =3 2 2 0 3 ) e 必须与4) ( n )互质，选e =7 9 4 ) 计算:e d = l m o d ,p ( n ) =1 m o d ( 3 2 2 0 ) d =1 0 1 9 将e , n 公布， d 保密， p -9 消毁 如有一明文 m = 6 8 8 2 3 2 6 8 7 9 6 6 6 6 8 3 要加密， 则先将m分割成多 块 ml =6 8 8 , m2 =2 3 2 , m3 =6 8 7 , m4 =9 6 6 , m5 =6 6 8 , m6 =3 将第 1 块m1 加密后得密文c 1 : c l =ml e ( mo d 3 3 3 7 ) =6 8 8 7 9 ( mo d 3 3 3 7 ) =1 5 7 0 一一一-. . 一. 一一 一 3 . 1 6 到刃尸 兀 助 已 扮 k 拌决宕t百务应 依次对各区块加密后得密文c : c=1 5 7 0 2 7 5 6 2 7 1 4 2 2 7 6 2 4 2 3 1 5 8 对c 1 解密得ml m1 =c l d ( mo d 3 3 3 7 ) =1 5 7 0 1 0 1 9 ( mo d 3 3 3 7 ) = 6 8 8 依次解密得原文me 3 .2 . 3公开密钥数字签名算法 ( 签名) d s a ( d i g i t a l s i g n a t u r e a l g o ri t h m ， 数字签名算法， 用作数字 签名 标准的 一 部分) ，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。d s a 使用公开密钥，为接受者验证数据的完整性和数据发送者的身份。它也可用于 由第三方去确定签名和所签数据的真实性。 d s a算法的安全性基于解离散对数 的困难性，这类签字标准具有较大的兼容性和适用性，成为网络安全体系的基 本构件之一。 d s a签名算法中用到了以下参数: p 是l 位长的素数，其中l 从5 1 2 到1 0 2 4 且是6 4 的倍数。 9 是1 6 0 位长且与p - 1 互素的因 子。 g = h er -u s e m o d p， 其 中 h 是 小 于p - 1 并 且 满 足大 于1 的 任 意 数 x 是小于9 的 数。 y = g m o d p 另外，算法使用一个单向散列函数 h ( m) .标准指定了安全散列算法 ( s h a ) 。 三个 参 数p , 4 和9 是公开 的， 且 可以 被网 络中 所 有的 用户 公 有。 私 人密钥是x ，公开密钥是r . 对消息 m签名时: ( 1 ) 发送者产生一个小于q 的随机数k . ( 2 ) 发送者产生: ; = ( g m o d p ) m o d q ; = ( k - 1 ( h (m ) + x r ) ) m o d q r 和 s 就是发送者的签名，发送者将它们发送给接受者。 剥月尸 k i / c a友押决启子席务 迈 仑 ( 3 ) 接受者通过计算来验证签名: w = s - l m o d q u l =( h( 间 x w ) m o d q u2= ( r x 劝m o v = ( ( g x y ) d q m o d p ) m o d q 如果v = r ，则签名有效。 d s a签名: 公开密钥: p 5 1 2 位到1 0 2 4 位的素数 q 1 6 0 位长， 并与p - 1 互素的因子 g = h fr - ) e m o d p， 其 中 h 是 小 于 p - 1 并 且 满 足大 于1 的 任 意 数 。 y = g , m o d p 私人密钥: x 小于q 签名: k 选取小于q 的随机数 r = ( g m o d p ) m o d q s = ( k - 1 ( h 润 + x r ) ) m o d q 验证: w = s - l m o d q 二 : =( h( 间 x w ) m o d q u 2 = ( r x 劝m o d q ， = ( ( g x y ) m o d p ) m o d q 如果v = r ，则签名被验证。 3 . 3 数字签名与数字信封 公钥密码体制在实际应用中包含数字签名和数字信封两种方式。 3 - 1 8 利厉p k / / c a友次押决碧子度务 应月虽 :全何百 3 .3 . 1 数字签名 数字签名是指用户用自己的私钥对原始数据的哈希摘要进行加密所得的数 据。 信息接收者使用信息发送者的公钥对附在原始信息后的数字签名进行解密 后获得哈希摘要，并通过与自己用收到的原始数据产生的哈希哈希摘要对照， 便可确信原始信息是否被篡改。这样就保证了 数据传输的不可否认性。 哈希算法是一类符合特殊要求的散列函数( h a s h ) 函数， 这些特殊要求是: . 接受的输入报文数据没有长度限制; . 对任何输入报文数据生成固定长度的摘要 ( ” 数字指纹，11 ) 输出; . 由报文能方便地算出摘要; . 难以对指定的摘要生成一个报文，由该报文可以得出指定的摘要; . 难以生成两个不同的报文具有相同的摘要。 h a s h 单向函数 h ( x )y 二 h ( x ) 目的:提供数据完整性保护和抗否认功能。 ( 1 )过程:先用 h a s h算法将原文压缩为数据摘要，然后用公开密钥算法 对摘要进行加密和解密，( 原文任何变化都会使数据摘要改变) 3 . 1 9 忍刃 p k i / c a友; 犬 押决后子庸务迈 蜘 男纷 全声 夕 忍 必 、 r 璐 。二 ， 峭行f d - , . 属 . 4 8 1 ， ， 峨 ， 如 卜 - 4 k i l )e - a动 二 侧 ， 含 k ( 2 )数字签名还有另外一个过程:即用公开密钥 ( 非对称算法)而不用 h a s h 单 向散列函数。 其过程是: 首先将原文用私钥加密，得数字签名，然后将原文和数字签名一起发向接 收 方，收方用发方的公钥解密，再与原文比较 只要比较x =x可确定三件事: . 消息x确实由a方发出的 ( 即真实性) ; . 签发y确实由a方发出的 ( 即不可否认性) ; . b方收到的信息是完整的 ( 即完整性) ; 这两种数字签名的主要区别在于，前者是一种对压缩信息的签名，适用于 长文件信息;后者是一种对整个消息的签名，适用于短文件信息。 傲方毯切i盆方公们 以r ) 数字签名与消息认证不同，消息认证使收方能验证消息发送者是谁及所发 消息是否被窜改，当收发者之间没有利害冲突时，只对防止第三者破坏是足够 了。但是，当发收双方有利害冲突时，单是消息认证技术就无法解决他们之间 的纠纷，此时就必须采用数字签名了。 97m/ca友 自 钾 决启子肪条应男 g 全17 9 3 .3 .2数字信封 数字信封是信息发送端用接收端的公钥， 将一个通信密钥 ( s y m m e n t ri c k e y ) 加密后， 传送后接收端，只有指定的接收端才能打开信封，取得秘密密 钥 ( s k) ，用它来解开传送来的信息. 数字信封的功能类似于普通信封. 普通信封在法律的约束下保证只有收信 人才能阅读信的内容;数字信封则采用密码技术保证了只有规定的接收人才能 阅读信息的内容。 数字信封中采用了单钥密码体制和公钥密码体制。 信息发送者首先利用随 机产生的对称密码加密信息，再利用接收方的公钥加密对称密码，被公钥加密 后的对称密码被称之为数字信封。在传递信息时，信息接收方要解密信息时， 必须先用自己的私钥解密数字信封，得到对称密码，才能利用对称密码解密所 得到的信息。这样就保证了数据传输的真实性和完整性。 过程: ( 1 )要传输的信息经杂凑 ( h a s h )函数运算得到一个信息摘要md , m d = h a s h( 信息) ; ( 2 ) md经传送者a的私钥p v a加密后得到一个数字签名; ( 3 ) 传送者 a将信息明文、数字签名及他证书上的公钥三项信息通过对 称算法，以d e s 加密密钥s k进行加密得加密信息e ; ( 4 ) a在传送信息之前，必须先得到b的证书公开密钥p b b ，用p b b加 密，秘密密钥 s k ，形成一个数字信封d e ; ( 5 ) e 十 d e 就是a所传送的内 容; ( 6 ) 接收者b以自己的私人密钥p v b ， 解开所收到的数字信封d e ， 从中 解出a所用过的s k ; ( 7 ) b用s k将e还原成信息明文、数字签名和a的证书公开密钥; ( 8 )将数字签名用a证书中的公开密钥p b a ，解密将数字签名还原成信 息摘要 md; ( 9 ) b再以收到的信息明文，用h a s h函数运算， 得到一个新的 信息摘要 md ; ( 1 0 )比较收到已 还原的md和新产生的md ，是否相等，相等无误即可确 利产若m / c a左次w决启子库多r 认，否则不接收。 3 . 3 . 3双重数字签名 有的场合需要寄出两个相关信息给接收者，接收者只能打开一个， 而另一 个只需转送，不能打开看其内容。 例如:持卡人向商户提出订购信息的同时，也给银行付款信息，以 便授权 银行付款，但持卡人不希望商户知道自己的账号的有关信息，也不希望开户行 知道具体的消费内容，只需按金额贷记或借记账即可。 过程:一个人的双重签名可以分别传送信息给特约商户和开户行， 特约商 户只能解开与自己相关的信息却解不开给开户行的信息。 如下图中a为持卡人， b为特约商户c为开户银行。 !幼.异.吕十1.十.去r粗十 叫劫翻纷公 一一一一一一一一一一一一一一3 - 2 2 一一一 矛 y ) !# p k r i c a次i 决店子磨 多应 为双重数字签名: 将b信息0 1 , c 信息p i 做摘要后连接为m d b c , 并以发送者a的私人密钥形成数字签名d s ，以使收到信息的b , c两方能各 自 用a的公钥解密验证; 一: a用秘密密钥s k i 和 s k 2对传送给b , c的信息加密， 得密文 e m b , e mc 。在加密前，必须把信息b的摘要md b传给 c ，信息c的摘要 md c传给 b ; :以 接收者b和c证书的公钥将s k i , s k 2 加密， 分别得到两个信 封 d e b和 d e c . : b将收到a发来的两份信息，一份自己 解开， 另一份b看不到只能转 输给 c ; -1 5 :为接收者b ，收到了e mb和d e b . b先用自己的私钥p v b打开 数字信封d e b ， 取出秘密密钥s k i ; b再用s k i 的对称d e s 算法解开密文e mb , b只能 看到a 传给他的 信息， 而看不到a在开户行c的信息， 用a的公钥p b a , 解出数字签字，b验证md b c =md b 1 6 2 1 : 为接收者c收到了b转发来的e mb和d e b ， 然后用其解开密文 e mc 。用 a的公钥 p b a ,解出数字签名 md b c ，并与 md b c相比，证实a 传来的信息，没被 b看过。 3 .