数字签名与消息认证：MAC、散列函数与安全需求

"本资源主要探讨了数字签名的需求和实现机制，强调了其在消息认证中的重要性。主要内容包括消息认证、散列函数以及数字签名体制。数字签名必须满足依赖性、唯一性、可验证性、抗伪造性和可用性等要求，以确保信息的完整性和发送者的身份真实性。消息认证通过加密、MAC和散列函数等方式来实现，其中MAC是一种基于密钥的验证码，而散列函数则提供了一种公开的、不可逆的报文摘要方法，用于防止篡改和检测报文完整性。" 在信息安全领域，数字签名是确保通信安全的关键技术之一。它的需求主要包括： 1. **依赖性**：数字签名应直接关联于被签名的信息，任何信息的微小改变都会导致签名的改变。 2. **唯一性**：签名必须与发送者相关联，使得伪造变得困难，防止双重冒充。 3. **可验证性**：接收方应该能够轻松验证签名的有效性，确认信息来源。 4. **抗伪造性**：计算上几乎不可能伪造或篡改一个有效的数字签名。 5. **可用性**：签名的生成、验证过程应简便，且签名可以存储和传递。 消息认证是确保数据完整性和发送者身份验证的过程，主要有以下几种方式： - **信息加密**：通过加密技术，确保只有拥有正确密钥的人才能解密并读取信息，同时加密后的报文结构也能进行一定程度的完整性检查。 - **消息认证码(MAC)**：MAC是基于密钥的，通过特定算法将消息映射为固定长度的验证码，附加在消息后面。接收方使用同一密钥重新计算MAC，对比以验证消息完整性。 - **散列函数(Hash)**：散列函数将任意长度的消息转化为固定长度的摘要，具有单向性和抗冲突性，用于检测报文篡改，但不保证绝对的唯一性。 散列函数如SHA-256等，它们的特性包括： - **单向性**：从报文生成散列值容易，但反向推导原始报文非常困难。 - **弱抗冲突**：找到两个散列值相同的报文在计算上不易实现。 - **强抗冲突**：找到一对报文，使它们的散列值完全相同在计算上是极其困难的，这有助于抵御生日攻击。 数字签名是结合了散列函数和非对称加密技术的一种高级认证方法，它既能实现MAC的验证功能，又能确保发送者的身份不可否认。通过私钥对散列后的消息进行签名，然后公钥验证，确保了信息的完整性和发送者的身份认证。这种机制广泛应用于电子签名、软件签名和区块链等领域，以确保数据的安全传输和存储。