基于rsa的数字签名实现

RSA数字签名是一种常见的数字签名算法，它的实现过程如下：

1. 生成公私钥对

首先需要生成一对公私钥，这个过程使用RSA算法中的密钥生成算法，可以使用openssl库来实现。在生成时需要指定密钥长度，一般选择2048位或以上。

2. 签名

签名过程分为两步，首先需要对要签名的数据进行hash运算，得到摘要信息，然后使用私钥对摘要信息进行加密得到签名。

具体实现步骤如下：

- 对要签名的数据进行hash运算，得到摘要信息。常用的hash算法有md5和sha1。
- 使用私钥对摘要信息进行加密，得到签名。这个过程使用RSA算法中的私钥加密算法。

3. 验证签名

验证签名过程也分为两步，首先需要对原始数据进行hash运算，得到摘要信息，然后使用公钥对签名进行解密得到摘要信息的hash值，最后比较两个hash值是否相等。

具体实现步骤如下：

- 对原始数据进行hash运算，得到摘要信息。必须采用与签名时相同的hash算法。
- 使用公钥对签名进行解密，得到摘要信息的hash值。
- 比较两个hash值是否相等，如果相等则表明签名验证成功，否则表明签名验证失败。

实现代码如下（使用openssl库）：

#include <openssl/rsa.h>
#include <openssl/pem.h>
#include <openssl/err.h>

// 生成公私钥对
RSA *generate_keypair(int key_len) {
    RSA *rsa = NULL;
    BIGNUM *e = BN_new();
    if (!BN_set_word(e, RSA_F4)) {
        goto err;
    }
    rsa = RSA_new();
    if (!rsa || !RSA_generate_key_ex(rsa, key_len, e, NULL)) {
        goto err;
    }
    BN_free(e);
    return rsa;

err:
    BN_free(e);
    RSA_free(rsa);
    return NULL;
}

// 签名
int sign_data(const unsigned char *data, size_t data_len,
              const RSA *rsa, unsigned char *sigret, size_t *siglen) {
    EVP_MD_CTX *md_ctx = EVP_MD_CTX_new();
    if (!md_ctx) {
        return -1;
    }
    if (!EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1())) {
        goto err;
    }
    if (!EVP_DigestUpdate(md_ctx, data, data_len)) {
        goto err;
    }
    unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];
    unsigned int hash_len;
    if (!EVP_DigestFinal(md_ctx, hash, &hash_len)) {
        goto err;
    }
    if (!RSA_sign(NID_sha1, hash, hash_len, sigret, siglen, rsa)) {
        goto err;
    }
    EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
    return 0;

err:
    EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
    return -1;
}

// 验证签名
int verify_signature(const unsigned char *data, size_t data_len,
                     const RSA *rsa, const unsigned char *sigbuf, size_t siglen) {
    EVP_MD_CTX *md_ctx = EVP_MD_CTX_new();
    if (!md_ctx) {
        return -1;
    }
    if (!EVP_DigestInit(md_ctx, EVP_sha1())) {
        goto err;
    }
    if (!EVP_DigestUpdate(md_ctx, data, data_len)) {
        goto err;
    }
    unsigned char hash[EVP_MAX_MD_SIZE];
    unsigned int hash_len;
    if (!EVP_DigestFinal(md_ctx, hash, &hash_len)) {
        goto err;
    }
    int ret = RSA_verify(NID_sha1, hash, hash_len, sigbuf, siglen, rsa);

    EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
    return ret;

err:
    EVP_MD_CTX_free(md_ctx);
    return -1;
}

使用时，可以先生成公私钥对，然后使用私钥对数据进行签名，再使用公钥对签名进行验证。例如：

RSA *rsa = generate_keypair(2048);
unsigned char sig[2048];
size_t sig_len;
if (sign_data(data, data_len, rsa, sig, &sig_len) == 0) {
    if (verify_signature(data, data_len, rsa, sig, sig_len) == 1) {
        printf("Signature verified successfully!\n");
    } else {
        printf("Signature verification failed!\n");
    }
}
RSA_free(rsa);

注意，在实际使用时，为了防止中间人攻击，需要使用证书来保护公钥的安全性，具体实现可以参考SSL/TLS协议。