数字签名详解与例子

来源：互联网发布：php 类魔术方法编辑：程序博客网时间：2024/05/17 21:44

签名认证是对非对称加密技术与数字摘要技术的综合运用，指的是将通信内容的摘要信息使用发送者的私钥进行加密，然后将密文与原文一起传输给信息的接收者，接收者通过发送者的公钥信息来解密被加密的摘要作息，然后使用与发送者相同的摘要算法，对接收到的内容采用相同的方式方式产生摘要串，与解密的摘要串进行对比，如果相同，则说明接收到的内容是完整的，在传输过程中没有受到第三方的篡改，否则说明通信内容已被第三方修改。

我们知道，每个人都有其特有的私钥，且都是对外界保密的，而通过私钥加密的信息，只能通过其对应的公钥来进行解密。因此，私钥可以代表私钥持有者的身份，可以通过私钥对应的公钥来对私钥拥有者的身份进行校验。通过数字签名，能够确认消息是消息发送方签名并发送过来的，因为其他人根本假冒不了消息发送方的签名，他们没有消息发送者的私钥。而不同的内容，摘要信息千差万别，通过数字摘要算法，可以确保传输内容的完整性，如果传输内容在中途被篡改了，对应的数字签名的值也将发生改变。

数字签名的产生过程如图如示：
数字签名详解与例子

数字签名的校验过程：

数字签名详解与例子

区别于不同的摘要算法，不同的非对称加密方式，数字签名的算法也不尽相同。以下为MD5withRSA和SHA1withRSA的例子。

packagecom.eudi.encode; importjava.security.MessageDigest;importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey; importjavax.crypto.Cipher; importsun.misc.BASE64Encoder; /** * 用数字签名来保证传输安全的例子 * */publicclass MD5withRSA {    publicstatic void main( String[] args ) throwsException    {        //要传送的明文        String content = "我是中国人，我爱自己的祖国";                 //生成公钥私钥，用于生成数字签名        RSA rsa = newRSA();        PublicKey publicKey = rsa.getPublicKey();        PrivateKey privateKey = rsa.getPrivateKey();        //生成数字签名        byte[] mysign = sign(content.getBytes(), privateKey);                 //验证数字签名        booleanresult = verify(content.getBytes(), mysign, publicKey);        if(result) {            System.out.println("验证成功，数据没有被修改!");        }else{            System.out.println("验证失败，数据被修改过!");        }    }     /**     * @param conentBytes     * @param mysign     * @param publicKey     * @return     * @throws Exception     */    privatestatic boolean verify(byte[] contentBytes, byte[] mysign,            PublicKey publicKey) throwsException {        //首先对签名进行解密        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);        byte[] decrytBytes = cipher.doFinal(mysign);    //这是解密开的数字摘要                 //接下来对明文进行摘要        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");        byte[] srcBytes = md.digest(contentBytes);  //这是原数字摘要                 //比较两个摘要是否相同        //将字节数据编码成Base64再进行字符串比较        if(encryptBASE64(decrytBytes).equals(encryptBASE64(srcBytes))) {            System.out.println("验证成功，传送的内容为:"+ newString(contentBytes));            returntrue;        }else{            returnfalse;        }    }     /**     * 采用MD5withRSA算法对bytes进行签名     * @param bytes     * @param privateKey     * @return     * @throws Exception      */    privatestatic byte[] sign(byte[] conentBytes, PrivateKey privateKey) throwsException {        //生成数字摘要        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");        byte[] md5Bytes = md.digest(conentBytes);                 //对摘要进行私钥加密        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);        byte[] encrytBytes = cipher.doFinal(md5Bytes);        //这就是最后生成的签名        returnencrytBytes;    }         /**     * 用base64编码byte数组      * @param bytes      * @return      */     privatestatic String encryptBASE64(byte[] bytes) {          BASE64Encoder encoder = newBASE64Encoder();          returnencoder.encodeBuffer(bytes);      } }

packagecom.eudi.encode; importjava.security.KeyPair;importjava.security.KeyPairGenerator;importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey; publicclass RSA {     privateKeyPair keyPair;         /**     * 构造RSA对象，初始化keyPair     * @throws Exception     */    publicRSA() throwsException{        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");        keyPairGenerator.initialize(1024);        keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();    }         /**     * @return     */    publicPublicKey getPublicKey() {        returnkeyPair.getPublic();    }     /**     * @return     */    publicPrivateKey getPrivateKey() {        returnkeyPair.getPrivate();    }}

运行结果

验证成功，传送的内容为:我是中国人，我爱自己的祖国

验证成功，数据没有被修改!

以下是SHAwithRSA签名例子

packagecom.eudi.encode; importjava.security.MessageDigest;importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey; importjavax.crypto.Cipher; importsun.misc.BASE64Encoder; /** * 用数字签名来保证传输安全的例子 * */publicclass SHA1withRSA {    publicstatic void main( String[] args ) throwsException    {        //要传送的明文        String content = "我是中国人，我爱自己的祖国";                 //生成公钥私钥，用于生成数字签名        RSA rsa = newRSA();        PublicKey publicKey = rsa.getPublicKey();        PrivateKey privateKey = rsa.getPrivateKey();        //生成数字签名        byte[] mysign = sign(content.getBytes(), privateKey);                 //验证数字签名        booleanresult = verify(content.getBytes(), mysign, publicKey);        if(result) {            System.out.println("验证成功，数据没有被修改!");        }else{            System.out.println("验证失败，数据被修改过!");        }    }     /**     * @param conentBytes     * @param mysign     * @param publicKey     * @return     * @throws Exception     */    privatestatic boolean verify(byte[] contentBytes, byte[] mysign,            PublicKey publicKey) throwsException {        //首先对签名进行解密        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);        byte[] decrytBytes = cipher.doFinal(mysign);    //这是解密开的数字摘要                 //接下来对明文进行摘要        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA1");        byte[] srcBytes = md.digest(contentBytes);  //这是原数字摘要                 //比较两个摘要是否相同        //将字节数据编码成Base64再进行字符串比较        if(encryptBASE64(decrytBytes).equals(encryptBASE64(srcBytes))) {            System.out.println("验证成功，传送的内容为:"+ newString(contentBytes));            returntrue;        }else{            returnfalse;        }    }     /**     * 采用SHA1withRSA算法对bytes进行签名     * @param bytes     * @param privateKey     * @return     * @throws Exception      */    privatestatic byte[] sign(byte[] conentBytes, PrivateKey privateKey) throwsException {        //生成数字摘要        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA1");        byte[] rha1Bytes = md.digest(conentBytes);                 //对摘要进行私钥加密        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);        byte[] encrytBytes = cipher.doFinal(rha1Bytes);        //这就是最后生成的签名        returnencrytBytes;    }         /**     * 用base64编码byte数组      * @param bytes      * @return      */     privatestatic String encryptBASE64(byte[] bytes) {          BASE64Encoder encoder = newBASE64Encoder();          returnencoder.encodeBuffer(bytes);      } }

Java提供了比较友好的API来使用数字签名，在sign方法中，先获取MD5withRSA的一个实例，然后使用私钥对signature进行初始化，调用update传入签名内容，最后生成签名。在verify方法中，使用公钥来对signature进行初始化，调用update传入需要校验的内容，调用signature的verify方法校验签名，并返回结果。

以下是笔者的代码实现

packagecom.eudi.encode; importjava.security.PrivateKey;importjava.security.PublicKey;importjava.security.Signature; /** * 用数字签名来保证传输安全的例子 * */publicclass SignatureAPI {    publicstatic void main( String[] args ) throwsException    {        //要传送的明文        String content = "我是中国人，我爱自己的祖国";                 //生成公钥私钥，用于生成数字签名        RSA rsa = newRSA();        PublicKey publicKey = rsa.getPublicKey();        PrivateKey privateKey = rsa.getPrivateKey();        //生成数字签名        byte[] mysign = sign(content.getBytes(), privateKey);                 //验证数字签名        booleanresult = verify(content.getBytes(), mysign, publicKey);        if(result) {            System.out.println("验证成功，数据没有被修改!");        }else{            System.out.println("验证失败，数据被修改过!");        }    }     /**     * 基本Java的signature API对数字签名进行校验     * @param conentBytes     * @param mysign     * @param publicKey     * @return     * @throws Exception     */    privatestatic boolean verify(byte[] contentBytes, byte[] mysign,            PublicKey publicKey) throwsException {        Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");        signature.initVerify(publicKey);        signature.update(contentBytes);        returnsignature.verify(mysign);    }     /**     * 采用Java的Signature API进行签名     * @param bytes     * @param privateKey     * @return     * @throws Exception      */    privatestatic byte[] sign(byte[] conentBytes, PrivateKey privateKey) throwsException {        Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");        signature.initSign(privateKey);        signature.update(conentBytes);        returnsignature.sign();    }}

还有另一种利用其他加密类进行的数字签名我以为一并展示出来

public class DigitalSignatureTest2 {    public static void main(String args[]) throws Exception {        String content = "我是中国人，我爱自己的祖国";        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");        keyPairGenerator.initialize(1024);        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();        RSAPublicKey rsaPublicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();        RSAPrivateKey rsaPrivateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();        byte[] mysign=sign(content.getBytes(),rsaPrivateKey);        boolean result = verify(content.getBytes(), mysign, rsaPublicKey);        if(result) {            System.out.println("验证成功，数据没有被修改!");        }else {            System.out.println("验证失败，数据被修改过!");        }    }    /**     * 执行签名（私钥签名）     * 采用MD5withRSA算法对bytes进行签名     * @param conentBytes     * @param rsaPrivateKey     * @return     * @throws Exception     */    private static byte[] sign(byte[] conentBytes, RSAPrivateKey rsaPrivateKey) throws Exception {        //生成数字摘要        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8EncodedKeySpec=new PKCS8EncodedKeySpec(rsaPrivateKey.getEncoded());        KeyFactory keyFactory=KeyFactory.getInstance("RSA");        PrivateKey privateKey=keyFactory.generatePrivate(pkcs8EncodedKeySpec);       Signature signature=Signature.getInstance("MD5withRSA");        signature.initSign(privateKey);        signature.update(conentBytes);        byte[] result=signature.sign();        System.out.println("私钥加密的数字签名"+ Hex.encodeHexString(result));        return result;    }    /**     * 验证签名（公钥验证）     * @param contentBytes     * @param mysign     * @param rsaPublicKey     * @return     * @throws Exception     */    private static boolean verify(byte[] contentBytes, byte[] mysign,                                  RSAPublicKey rsaPublicKey) throws Exception {        //首先对签名进行解密        X509EncodedKeySpec x509EncodedKeySpec = new X509EncodedKeySpec(rsaPublicKey.getEncoded());        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");        PublicKey publicKey = keyFactory.generatePublic(x509EncodedKeySpec);        Signature signature = Signature.getInstance("MD5withRSA");        signature.initVerify(publicKey);        signature.update(contentBytes);        boolean bool = signature.verify(mysign);        return bool;    }}

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