信息认证与数字签名：MAC和散列函数解析

"本资源主要探讨了消息认证与数字签名在信息安全中的重要应用，包括消息认证的需求、方法和分类，以及散列函数和数字签名体制的详细介绍。" 5.1 消息认证 消息认证是确保信息在传输过程中未被篡改、验证发送者身份并防止抵赖的重要手段。它分为几个类别，包括信息加密、消息认证码（MAC）和散列函数。信息加密是通过特定的加密算法将明文转换为密文，保护信息的隐私，而不仅仅是提供认证。报文加密通常会通过添加帧校验和（FCS）等结构来确保报文完整性。 1. 加密认证 当报文是可读的明文时，人工可以相对容易地进行认证。然而，对于二进制文件，由于其复杂性，人工或自动都无法直接进行认证。因此，加密认证成为必要，特别是对于无结构的二进制数据。 2. 消息认证码（MAC） MAC是一种使用密钥的机制，它将任意长度的消息映射到固定长度的数据分组，并附加在消息后面。MAC的计算依赖于报文和密钥，类似于加密，但不可逆。接收方可以通过重新计算MAC并与附加的MAC比较来验证报文的完整性和来源。MAC的主要目的是确保报文来自合法发送者且未被篡改，适用于需要鉴别的场景，但不提供保密性。 5.2 散列函数 散列函数，也称为杂凑函数，是另一种用于消息认证的方法。它将任意长度的输入（报文）转化为固定长度的输出（散列值）。与MAC不同，散列函数通常是公开的，不涉及密钥，其设计目标是保证单向性和抗冲突性，以防止恶意修改报文并尝试伪造正确的散列值。单向性意味着从散列值恢复原始输入在计算上是困难的，而抗冲突性则确保不同输入产生不同的散列值，以避免生日攻击。 5.3 数字签名体制 数字签名结合了加密技术和散列函数，提供了一种更高级的认证方式。它允许发送者通过自己的私钥对报文的散列值进行加密，形成数字签名，接收者则使用发送者的公钥解密签名，验证散列值与原始报文的散列是否匹配，从而确认信息的完整性和发送者的身份。 消息认证、MAC和散列函数都是信息安全领域中的关键概念，它们在保护通信安全、防止欺诈和保证数据完整性方面起着至关重要的作用。数字签名进一步增强了这些功能，提供了不可抵赖的证据，适用于电子商务、法律文档签署等场景。了解和正确应用这些技术对于构建安全的网络环境至关重要。