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今天的笔记是是数字签名和数字证书。
目录
一、数字签名
1. 现实生活中的签名
- 防抵赖机制：通过独一无二的笔迹和指纹确认身份，防止事后否认交易行为（如房产买卖）
- 数字世界映射：计算机系统中用数字签名实现相同功能，核心是"私钥签名-公钥验证"机制
2. 数字签名的定义
- 本质：用于确认发送者身份和消息完整性的加密消息摘要
- 密钥使用原则：
- 签名方：必须使用自己的私钥进行签名（A签用A私钥，B签用B私钥）
- 验证方：必须使用签名方的公钥进行验证（验A签用A公钥，验B签用B公钥）
- 生成原理：先对内容做哈希生成摘要（如MD5生成128位），再用RSA等算法对摘要加密
3. 数字签名的特点
- 可信性：与手写签名具有同等法律效力
- 不可伪造：私钥唯一性保证签名难以伪造
- 不可重用：必须"一式一签"，禁止重复使用同一签名
- 签名文件不可变：签名后的文件内容不可修改（如合同金额不可篡改）
- 不可抵赖：私钥的唯一持有性使发送者无法否认
- 身份核实：接收方可通过验证确认发送者真实身份
4. 数字签名的过程
1）签名过程（发送者私钥签名）
标准操作流程：
- 对原始数据M（如10M电子合同）生成哈希值（如MD5 128位摘要）
- 用发送者私钥加密哈希值生成签名
- 将签名附加到原始数据上形成带签名的文件
效率优化：直接签大文件（明文）效率低（非对称加密速度慢且有数据膨胀），先由明文生成HASH，哈希后签名是标准做法
2）验证过程（发送者公钥验证）
验证步骤：
- 分离接收到的文件为原始数据M和签名
- 用发送者公钥解密签名得到哈希值A
- 对原始数据重新计算哈希值得哈希值B
- 比较哈希值A与B：
- 一致：证明文件未被篡改且身份真实
- 不一致：文件被篡改或身份不实
5. 应用案例
1）例题#签名过程判断
- 核心考点：签名用私钥，验证用公钥
- 解题关键：A发送信息必须用A的私钥签名，B验证必须用A的公钥
- 答案：(40)B (41)A
2）例题#签名方式判断
- 实现机制：不可否认性依赖发送方私钥的唯一性
- 典型错误：易混淆发送方和接收方的密钥
- 答案：B
3）例题#签名算法判断
- 算法区分：
- 摘要生成：MD5/SHA等哈希算法（选C）
- 摘要加密：RSA/DSA等非对称算法（选D）
- 混淆点：DES/3DES是对称加密算法，不用于签名
- 答案：(42)C (43)D
4）例题#签名目的判断
- 摘要作用：哈希值变化检测篡改（选C防篡改）
- 加密目的：私钥签名实现抗抵赖（选B防抵赖）
- 易错提示：加密内容才是防窃听，此处为签名场景
- 答案：(42)C (43)B
5）例题#签名系统要求
- 关键要求：
- 签名不可重用（排除A、D）
- 签名后文件不可修改（排除C）
- 典型错误：忽略"可修改"选项的陷阱
- 答案：B
6.知识小结
知识点 |
核心内容 |
考试重点/易混淆点 |
难度系数 |
数字签名原理 |
签名方用私钥签名，验证方用公钥验证；先哈希生成摘要再加密签名 |
私钥签名、公钥验证（易混淆签名/加密方向） |
⭐⭐⭐ |
数字签名功能 |
确认发送者身份（私钥唯一性）、保证消息完整性（哈希防篡改） |
身份认证与完整性双重作用 |
⭐⭐ |
签名生成流程 |
1. 哈希生成消息摘要（如MD5）; 2. 用发送者私钥加密摘要（RSA等非对称算法） |
先哈希后加密（效率关键） |
⭐⭐⭐⭐ |
签名验证流程 |
1. 公钥解密签名得摘要A; 2. 重新哈希原文得摘要B; 3. 对比A/B一致性 |
哈希对比验证篡改 |
⭐⭐⭐ |
数字签名特性 |
可信性、不可伪造性、不可重用性、文件不可修改性、不可抵赖性 |
选择题高频考点（如“不可重用”vs“可修改”） |
⭐⭐⭐⭐ |
典型算法组合 |
哈希算法（MD5/SHA）+ 非对称加密（RSA） |
区分哈希与加密算法用途 |
⭐⭐⭐ |
效率优化原因 |
直接签大文件效率低（非对称加密慢且有数据膨胀），哈希后签名是标准操作 |
10M→128bit的哈希优化案例 |
⭐⭐ |
二、数字证书的作用
1. 案例:非对称加密公钥获取
- 风险场景：Alice使用Bob公钥加密时，无法保证公钥真实性（可能被黑客冒充）
- 解决方案：通过数字证书获取可信公钥，证书由CA权威机构签名背书
- 核心功能：证明公钥持有者的真实身份，类似"网络身份证"
2. 数字证书类比
- 身份证类比：
- 相似点：均包含持有者关键信息（身份证含姓名/住址，证书含公钥/用户信息）
- 颁发机构：身份证由公安机关颁发，证书由CA颁发
- 核心组件：
- 必含字段：用户公钥、CA签名（使用MD5+RSA算法）
- 其他字段：序列号、有效期、颁发者、签名算法等
- 验证原理：通过CA公钥验证签名真伪，确保证书内容未被篡改
3. PKI体系结构
此小节更多相关知识可查看我之前的文章【网络安全实验】PKI（证书服务）配置实验_win7版本pki证书的申请及应用-CSDN博客
1）注册机构RA
- 职能：受理证书申请，审查申请人合法性（如企业需提交营业执照）,资格审查
- 特殊情形：小型机构可能由CA兼任RA职能
- 工作流程：终端实体（个人/机构）→RA审查→CA颁发
2）证书颁发机构CA
- 核心职能：证书的颁发、管理和撤销
- 与RA关系：RA仅负责资格审查，CA负责最终证书签发
- 高频考点：明确CA与RA的职能划分（选择题常考）
3）证书发布系统
- 功能：负责证书发放，如可以通过用户自己或是通过目录服务。
4）证书吊销列表CRL库
- 定义：CRL（Certificate Revocation List）存储过期/无效证书
- 组成要素：证书发布系统+CRL库构成完整PKI体系
- 考试重点：PKI四大组件（RA/CA/证书/CRL）及其功能
4. 应用案例
1）例题:证书真伪和消息验证
- (41)：数字证书必含用户公钥（A选项）
- (42)：用CA公钥验证证书签名（A选项）
- (43)：用发送方公钥验证消息签名（C选项）
- 答案：（41）A (42)A (43)C
- 关键逻辑：签名验证遵循"私钥签→公钥验"原则
2）例题:安全通信
- 身份认证：数字证书类比身份证（A选项）
- 不可否认：数字签名实现"签字画押"效果（D选项）
- 生活类比：酒店登记用身份证，房产交易用签名
- 答案：(43)A (44)D
3）例题:X.509密码算法
- X.509标准：推荐RSA算法（A选项）
- 国密SM2数字证书：采用椭圆曲线ECC（D选项）
- 记忆点：国际标准RSA vs 国标ECC
- 答案：（43）A （44）D
主要国密算法描述
| 算法名称 | 算法特征描述 |
| SM1 | 对称加密,分组长度和密钥长度都为128比特 |
| SM2 | 非对称加密,用于公钥加密算法、密钥交换协议、数字签名算法(椭圆曲线问题) |
| SM3 | 杂凑算法,分组512位,输出杂凑值长度为256位 |
| SM4 | 对称加密,分组长度和密钥长度都为128比特 |
| SM9 | 标识密码算法,支持公钥加密、密钥交换、数字签名等安全功能 |
4）例题:数字证书作用
- 核心作用：绑定实体与公钥（D选项）
- 排除法：证书不涉及私钥（排除A/C）、不直接保障完整性（排除C）
- 答案：D
5）例题:证书有效性验证
- 验证对象：CA的签名（A选项）
- 最终目的：验证网站真伪（D选项）
- 类比：身份证防伪标记验证持有人身份
- 答案：（47)A (48)D
6）例题:CA证书描述
- 内容确认：含用户公钥（排除A/C）
- 签名机制：CA用私钥签名（D选项正确）
- 易错点：混淆签名方与被签名方密钥用途
- 答案：D
5. 证书链
1）证书链的概念
- 证书链定义: 如果用户数量很多，通常由多个CA（证书颁发机构）每个CA为一部分用户发行和签署证书。当两个CA彼此间安全交换了公钥并彼此信任时，它们的证书可以形成证书链。
- 证书链示例: 假设用户A从CA机构X1获得了证书，用户B从X2获得证书。如果X1和X2彼此信任，那么A可以通过证书链X1《X2》X2《B》来获取B的公钥，B也能通过相反的证书链X2《X1》X1《A》来获取A的公开密钥。
2）例题:证书链互信条件
- 审题过程: 题目问的是A、B互信的必要条件。
- 解题思路: 考虑到A、B分别从两个不同的CA获取证书，要实现互信，必须确保两个CA之间建立了信任关系。
- 选项分析:
- A选项（A、B互换私钥）: 私钥是保密的，不能互换，故排除。
- B选项（A、B互换公钥）: 仅仅互换公钥并不能建立两个CA之间的信任关系，故排除。
- C选项（I1、I2互换私钥）: 私钥同样不能互换，故排除。
- D选项（I1、I2互换公钥）: 正确。两个CA互换公钥是建立信任关系，形成证书链的必要条件。
- 答案: D
3）例题:证书链顺序
- 审题过程: 题目要求确定A使用证书链获取B公钥的正确顺序。
- 解题思路: 根据证书链的定义，需要确保从A到B的公钥获取路径是连贯的，即每个证书都能被前一个证书所签署。
- 选项分析:
- A选项（X2《X1》X1 《B》）: 顺序错误，X1不能签署X2。
- B选项（X2《X1》X2 《A》）: 完全不符合证书链的定义。
- C选项（ X1《X2》X2 《B》）: 正确。表示X1签署了X2的证书，X2签署了B的证书，形成连贯的证书链。
- D选项（X21《X2》X2《A》）: 顺序错误，且不符合证书链的定义。
- 答案: C
4）例题:认证证书交换情况
- 审题过程: 题目问的是要使A能够对B进行认证，还需要什么条件。
- 解题思路: 考虑到A、B分别从两个不同的CA获取证书，要实现A对B的认证，必须确保两个CA之间建立了信任关系。
- 选项分析:
- A选项（A和B交换各自公钥）: 仅仅交换公钥并不能建立两个CA之间的信任关系。
- B选项（A和B交换各自私钥）: 私钥是保密的，不能交换。
- C选项（CA1和CA2交换各自公钥）: 正确。两个CA互换公钥是建立信任关系，使得A能够认证B的必要条件。
- D选项（CA1和CA2交换各自私钥）: 私钥同样不能交换。
- 答案: C
5）例题:证书作用
- 审题过程: 题目要求判断哪个说法是错误的。
- 解题思路: 逐个分析选项，根据证书链和CA的运作原理来判断每个说法的正确性。
- 选项分析:
- A选项（甲、乙可以直接使用自己的证书相互认证）: 正确。因为甲、乙都是从同一个CA获取的证书，所以他们可以直接相互认证。
- B选项（甲与丙及乙与丙可以直接使用自己的证书相互认证）: 错误。因为甲、乙和丙是从不同的CA获取的证书，没有建立证书链，所以不能直接相互认证。
- C选项（CA1和CA2可以通过交换各自公钥相互认证）: 正确。这是建立证书链，实现不同CA下用户相互认证的基础。
- D选项（证书I甲、I乙和I丙中存放的是各自的公钥）: 正确。证书中通常存放的是用户的公钥和CA的签名。
- 答案: B
6.知识小结
知识点 |
核心内容 |
考试重点/易混淆点 |
难度系数 |
数字证书的作用 |
绑定用户实体和公钥，确保公钥的真实性和权威性（类比身份证） |
高频考点：解决公钥信任问题，防止中间人攻击 |
⭐⭐ |
PKI体系结构 |
包含RA（注册机构）、CA（证书颁发机构）、证书发布系统、CRL（证书吊销列表） |
核心考点：RA负责资格审查，CA负责颁发证书 |
⭐⭐⭐ |
证书验证流程 |
1. 用CA公钥验证证书签名 2. 用用户公钥验证消息签名 |
易错点：区分CA签名（CA私钥）与用户签名（用户私钥） |
⭐⭐⭐⭐ |
证书链原理 |
跨CA信任需交换公钥，形成链式验证（如：CA1→CA2→用户B证书） |
典型考题：证书链顺序判断（如叉1→叉2→B） |
⭐⭐⭐ |
数字签名与加密 |
签名：私钥签、公钥验；加密：公钥加密、私钥解密 |
混淆点：签名确保不可否认性，加密确保机密性 |
⭐⭐⭐ |
X.509证书标准 |
包含序列号、有效期、公钥、CA签名（推荐RSA算法） |
对比：国密SM2证书使用ECC算法 |
⭐⭐ |
CA签名机制 |
CA用私钥签名证书，用户用CA公钥验证证书真伪 |
关键逻辑：CA公钥需预先可信（如操作系统内置） |
⭐⭐⭐⭐ |
证书吊销列表（CRL） |
存储过期/无效证书，由CA维护 |
低频考点：CRL更新延迟可能导致安全风险 |
⭐⭐ |
三、数字签名 vs 数字证书
1.核心区别：
| 特性 | 数字证书 | 数字签名 |
|---|---|---|
| 本质 | 公钥的“身份证” | 数据的“防伪标记” |
| 作用 | 证明公钥属于某个实体（如个人/网站） | 验证数据的真实性、完整性和不可否认性 |
| 颁发者 | 权威机构（CA） | 数据发送者（直接用私钥生成） |
| 内容 | 包含公钥、持有你是你者信息、CA签名等 | 发送者对数据的加密摘要（哈希值） |
| 验证方式 | 用CA的公钥验证证书有效性 | 用发送者的公钥验证签名有效性 |
2.通俗比喻：
数字证书 ≈ 身份证
- 由权威机构（公安局/CA）颁发，证明“”，且绑定了你的公钥（类似身份证号）。
- 例如：访问网站时，服务器出示证书证明自己是真实的“支付宝”，而非钓鱼网站。
数字签名 ≈ 手写签名+防伪钢印
- 用私钥对数据“盖章”，确保数据未被篡改且发送者无法抵赖。
- 例如：合同电子版签名后，对方可验证签名确认合同未被修改且确实是你签的。
3.协作关系：
- 证书提供信任基础：用CA的公钥验证证书，确认对方的公钥合法（相当于先检查身份证真假）。
- 签名保障数据安全：用已验证的公钥验证签名，确保数据真实可靠（相当于核对签名与身份证上的名字是否一致）。