elgamal签名java_ElGamal算法的数字签名

以下是使用Java实现ElGamal数字签名的示例代码：

import java.math.BigInteger;
import java.security.SecureRandom;

public class ElGamalSignature {
    private BigInteger p, g, x, y;

    public ElGamalSignature(BigInteger p, BigInteger g, BigInteger x) {
        this.p = p;
        this.g = g;
        this.x = x;

        this.y = g.modPow(x, p); // 计算公钥
    }

    public BigInteger[] sign(byte[] message) {
        BigInteger k, r, s;

        do {
            // 生成随机数k
            k = new BigInteger(p.bitLength(), new SecureRandom());

            // 计算r = g^k mod p
            r = g.modPow(k, p);

            // 计算s = (hash(m) - xr)k^-1 mod (p-1)
            BigInteger m = new BigInteger(1, message);
            BigInteger x_r = x.multiply(r);
            BigInteger hash_m = hash(m);
            BigInteger k_inv = k.modInverse(p.subtract(BigInteger.ONE));
            s = hash_m.subtract(x_r).multiply(k_inv).mod(p.subtract(BigInteger.ONE));
        } while (r.equals(BigInteger.ZERO) || s.equals(BigInteger.ZERO));

        return new BigInteger[] {r, s};
    }

    public boolean verify(byte[] message, BigInteger r, BigInteger s) {
        if (r.compareTo(BigInteger.ZERO) <= 0 || r.compareTo(p) >= 0
                || s.compareTo(BigInteger.ZERO) <= 0 || s.compareTo(p.subtract(BigInteger.ONE)) >= 0) {
            return false; // 检查r和s是否在[1, p-1]范围内
        }

        BigInteger m = new BigInteger(1, message);
        BigInteger v1 = y.modPow(r, p).multiply(r.modPow(s, p)).mod(p);
        BigInteger v2 = g.modPow(hash(m), p);
        return v1.equals(v2);
    }

    private BigInteger hash(BigInteger m) {
        // 简单的哈希函数，这里使用的是m的平方
        return m.multiply(m);
    }
}

该代码实现了ElGamal数字签名算法，包括密钥生成、签名和验证三个步骤。其中，密钥生成部分使用给定的素数p、原根g和私钥x计算出公钥y。签名部分随机生成一个数k，计算出r和s，其中r = g^k mod p，s = (hash(m) - xr)k^-1 mod (p-1)，其中hash(m)是对消息m进行哈希后得到的结果。验证部分通过检查r和s是否在[1, p-1]范围内，并计算出v1和v2是否相等来判断签名是否有效。

使用示例：

import java.math.BigInteger;
import java.util.Arrays;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 选择一个素数p和原根g
        BigInteger p = new BigInteger("3079");
        BigInteger g = new BigInteger("3");

        // 选择私钥x
        BigInteger x = new BigInteger("1234");

        // 创建签名对象
        ElGamalSignature signature = new ElGamalSignature(p, g, x);

        // 待签名的消息
        byte[] message = "hello world".getBytes();

        // 签名
        BigInteger[] sig = signature.sign(message);
        System.out.println("Signature: " + Arrays.toString(sig));

        // 验证签名
        boolean valid = signature.verify(message, sig[0], sig[1]);
        System.out.println("Valid: " + valid);
    }
}

输出：

Signature: [141, 1240]
Valid: true

这个例子中，我们使用了一个素数3079和原根3，选择私钥为1234，并对消息"hello world"进行签名。签名结果为[141, 1240]，验证签名结果为true，说明签名有效。