|
|
基于RSA的数字签名的设计与实现
摘 要
随着计算机网络和信息技术的发展，信息安全在各领域发挥着越来越重要的作用，其中密码学已成为信息安全技术的核心，本文主要介绍了信息加密技术的应用。
RSA算法是目前公认的在理论和实际应用中最为成熟和完善的一种公钥密码体制，它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法，是公钥密码体制的代表。数字签名是起到身份认证、核准数据完整性的一种信息安全技术。它通过认证技术来辨认真伪。RSA数字签名体制使用的是RSA公开密钥密码算法进行数字签名。http://www.16sheji8.cn/
本文主要研究的内容包括：第一,对RSA算法进行了全面系统的介绍，包括RSA算法的应用现状和原理—大素数的产生、密钥对的产生、对明文的加密运算和密文的解密运算，为具体实现打下了理论基础；第二,介绍了RSA数字签名的一些基本概念和数字签名的理论实现过程；第三,对MD5算法基本原理的介绍；第四，详述了RSA数字签名的设计与实现，主要实现的模块包括RSA密钥的产生（一对公钥和私钥），RSA加密算法和解密算法的实现，消息摘要MD的生成以及利用RSA算法实现数字签名和签名的验证；第五,对该系统进行了整体的测试和分析改进；第六，分析了RSA数字签名的安全性，指出了RSA数字签名的发展方向。
关键字：RSA算法；加密； 解密；MD5算法；RSA数字签名
The Design and Realization of Digital Signature Based on RSA
Abstract
With the development of the computer network and information technology, information security plays more and more important role in every field. Cryptography has become the core of information security technology. This thesis mainly introduces the application of information encryption technology.http://www.16sheji8.cn/
RSA algorithm is considered as a public-key cryptosystem of the most fully developed and complete in theory and practice application at present. It is the first algorithm for both data encryption and digital signature. Digital signature is an information security technology used to check authentication and data integrity. It identifies true or false by the authentication technology. RSA digital signature system carries on digital signature by using RSA public-key cipher algorithm.
The main content of this thesis includes six parts. First of all, it is a comprehensive systematic introduction about RSA algorithm including the present application situation and principle of RSA algorithm----producing big prime numbers and secret keys, the encryption arithmetic for information and the decryption for secret information, which establish the theory foundation for achieving concrete; secondly, it introduces some basic conception of RSA digital signature and theory of digital signature realizing process; thirdly, it introduces the basic principle of MD5 algorithm; fourthly, it states design and realization of RSA digital signature in detail. The main modules includes producing RSA secret keys (a public key and private key ), implementation of RSA encryption algorithm and decryption algorithm, producing message digest and realizing digital signature and verification by RSA; the fifth, it carries on testing entirely, analyzing and improving for this system；The sixth, it analyses the security of RSA digital signature and points out the development direction of RSA digital signature.http://www.16sheji8.cn/
Key words: RSA algorithm; encryption; decryption; MD5 algorithm; RSA digital signature
目 录
论文总页数：23页
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 本课题的研究意义 2
2 RSA算法和RSA数字签名算法的基本概念和原理 2
2.1 RSA算法的基本概念和原理 2
2.1.1 RSA算法介绍与应用现状 2
2.1.2 RSA算法的实现原理 3
2.2 RSA数字签名基本概念和RSA数字签名算法的实现原理 3
2.2.1 RSA数字签名基本概念 3
2.2.2 RSA数字签名算法的实现原理 5
2.3 MD5算法的介绍 6
3 RSA数字签名的设计与实现 7
3.1 RSA数字签名的总体设计 7
3.1.1 RSA数字签名所需实现的功能 7http://www.16sheji8.cn/
3.1.2 本软件的总体要求和设计 7
3.2 各部分的设计实现 7
3.2.1 密钥产生的实现 7
3.2.2 产生消息摘要的设计实现 10
3.2.3 数字签名的设计实现 12
3.2.4 验证数字签名的设计与实现 16
3.2.5 RSA数字签名的运行结果 18
4 软件的整体测试和分析改进 18
4.1软件的整体测试 18
4.2 性能分析与改进优化 19
5 RSA数字签名的安全性分析与前景展望 20
5.1 RSA数字签名的安全性分析 20
5.2 RSA数字签名的前景展望 20
结 论 21
参考文献 21http://www.16sheji8.cn/
致 谢 22
声 明 23
1 引言
1.1 研究背景
随着电子信息技术的迅速发展，人类已步入信息社会。但是由于整个社会形成了一个巨大的计算机网络，任何一个计算机网络出现的安全问题，都会影响整个国家的网络安全，所以信息安全、计算机网络安全问题已引起了人类的高度重视。无论是在局域网还是在广域网中，都存在着自然和人为等诸多因素的脆弱性和潜在威胁。故此，网络的安全措施应是能全方位地针对各种不同的威胁和脆弱性，这样才能确保网络信息的保密性、完整性和可用性。针对网络安全的威胁主要有三方面：（1）人为的无意失误；（2）人为的恶意攻击；（3）网络软件的漏洞和“后门”。http://www.16sheji8.cn/
现代密码学已成为信息安全技术的核心，密码学是以研究通信安全保密的学科，即研究对传输信息采用何种秘密的变换以防止第三者对信息的窃取。密码学包括两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行交换，以保护信息在信道的传递过程中不被他人窃取、解密和利用的方法，而密码分析学则与密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。两者之间既相互对立又相互促进。密码体制的分类有很多，其中一种是根据加密算法和解密算法所使用的密钥是否相同，可以将密码体制分为对称密钥密码体制（单钥密码体制）和非对称密钥密码体制（公钥密码体制），这两种密码体制各有自己的长处和短处，因此现在采用了两种的混合体，如PGP。
公钥密码体制的特点是：接收方B产生一对密钥（PK和ＳＫ）；ＰＫ公开，ＳＫ保密；从ＰＫ推出ＳＫ是很困难的；Ａ、Ｂ双方通信时，Ａ通过任何途径取得Ｂ的公钥，用Ｂ的公钥加密信息，加密后的信息可通过任何不安全信道发送。Ｂ收到密文信息后，用自己私钥解密恢复出明文。公钥密码体制已成为确保信息的安全性的关键技术。RSA公钥密码体制到目前为止还是一种被认可为安全的体制。
RSA公钥加密算法是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。它易于理解和操作，也十分流行。算法的名字以发明者的姓氏首字母命名：Ron Rivest, Adi Shamir 和Leonard Adleman。虽然自1978年提出以来，RSA的安全性一直未能得到理论上的证明，但它经历了各种攻击，至今（2006年）未被完全攻破。随着越来越多的商业应用和标准化工作，RSA已经成为最具代表性的公钥加密技术。VISA、MasterCard、IBM、Microsoft等公司协力制定的安全电子交易标准（Secure Electronic Transactions，SET）就采用了标准RSA算法，这使得RSA在我们的生活中几乎无处不在。网上交易加密连接、网上银行身份验证、各种信用卡使用的数字证书、智能移动电话和存储卡的验证功能芯片等，大多数使用RSA技术。http://www.16sheji8.cn/
1.2 本课题的研究意义
随着电子商务的发展，网络上资金的电子交换日益频繁，如何防止信息的伪造和欺骗成为非常重要的问题。在计算机通信系统中，维护电子文档的安全也成为至关重要和非常敏感的问题。为保护信息的安全，数字签名应运而生，它是现代密码学主要研究的内容之一。目前关于数字签名的研究主要集中点是基于公钥密码体制的数字签名。在公钥密码体制中，解密和加密密钥不同，解密和加密可分离，通信双方无须事先交换密钥就可建立起保密通信，因此它较好地解决了传统密码体制在网络通信中出现的问题。手写签名的每一项业务都是数字签名的潜在用场。数字签名可以提供数据完整性、真实性和不可否认性。因而当需要对某一实体进行认证、传输具有有效性的密钥以及进行密钥分配时，便可以借助数字签名来完成任务。数字签名技术在身份识别和认证、数据完整性、抵赖等方面具有其它技术无法替代的作用，它在军事、电子商务和电子政务等领域有着极广泛的应用。而在公钥体制中，RSA是一个较为完善的公钥密码算法，不仅能够同时用于加密和数字签名，而且易于理解和操作，是被广泛研究的公钥密码算法。因此，基于RSA的数字签名具有较强的研究性和实际应用意义。
