各种数字签名算法总结

时间 2019-11-18

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数字签名是一个带有密钥的消息摘要算法，这个密钥包括了公钥和私钥，用于验证数据完整性、认证数据来源和抗否定，遵循OSI参考模型、私钥签名和公钥验证。也是非对称加密算法和消息摘要算法的结合体，常见的数字签名算法主要有RSA、DSA、ECDSA三种，本文对数字签名算法进行详细介绍。git

Hash又译散列、摘要等名，本文统一称Hash。算法

1. RSA数字签名算法

RSA是目前计算机密码学中最经典算法，也是目前为止使用最普遍的数字签名算法，RSA数字签名算法的密钥实现与RSA的加密算法是同样的，算法的名称都叫RSA。密钥的产生和转换都是同样的，包括在售的全部SSL数字证书、代码签名证书、文档签名以及邮件签名大多都采用RSA算法进行加密。segmentfault

RSA数字签名算法主要包括MD和SHA两种算法，例如咱们熟知的MD5和SHA-256便是这两种算法中的一类，具体以下表格分布浏览器

1.1. MD二、MD四、MD5算法

最多见的是咱们熟知的MD5加密算法，MD5全称Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法 5），目前比较广泛的Hash算法，是散列算法的基础原理，MD5的前身有MD二、MD3和MD4。MD5算法法是输入任意长度字符，输出固定长度128位的算法。通过程序流程，生成四个32位数据，最后联合起来成为一个128位Hash值，主要方式是经过求余、取余、调整长度、与连接变量进行循环运算进而得出结果。安全

1.2. SHA-1算法

SHA-1是由NIST NSA设计为同DSA一块儿使用的，SHA-1设计时基于和MD4相同原理，而且模仿了该算法，SHA-1抗穷举(brute-force)性更好，它产出160位的Hash值，对于非线性运算、移位和加法运算也与MD5相似。SHA-1也应用于包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec等多种协议中，曾被视为是MD5的后继者。SHA-1的现在已经明确不具有安全性可言了。post

在2016年1月1往后基于SHA-1签发的SSL和代码签名的X.509证书已不具有安全性可言，多个操做系统、浏览器都建议将基于SHA-1而签发的证书、代码签名替换至SHA-2的产品，但目前在Windows XP（官方已停更）操做系统上仍然只兼容基于SHA-1算法的SSL和代码签名产品。性能

就在2017年2月23日Google宣布实现了对SHA-1算法的碰撞破解，因此SHA-1算法已经正式被宣布为不安全的算法，主流厂商对自身产品及安全要求都提高至了SHA-2算法。ui

1.3. SHA-2算法

SHA-22四、SHA-25六、SHA-384和SHA-512并称为SHA-2，发布于2001年，目前比较普遍应用的SSL数字证书和代码签名证书签名算法均采用SHA-256算法，相较于SHA-1算法而言，至今SHA-2算法还未被破解，从某种意义上SHA-2延用了SHA-1算法，因此至少发文时间起是安全的。目前顶级CA和Google、苹果等公司都采用基于SHA-256算法做为SSL证书和代码签名证书的主流签名算法。编码

1.4. SHA-3算法

SHA-3算法正式发布于2015年，SHA-3并非要取代SHA-2，由于SHA-2目前并无出现明显的弱点。因为对MD五、SHA-0和SHA-1出现成功的破解，NIST感受须要一个与以前算法不一样的，可替换的加密Hash算法，也就是如今的 SHA-3。

SHA-3选用keccak算法为标准，以太坊即是采用keccak算法。

2. DSA数字签名算法

DSA全称Digital Signature Algorithm，DSA只是一种算法，和RSA不一样之处在于它不能用做加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名，因此它比RSA要快不少，其安全性与RSA相比差很少。DSA的一个重要特色是两个素数公开，这样，当使用别人的p和q时，即便不知道私钥，你也能确认它们是不是随机产生的，仍是做了手脚。RSA算法却作不到。

DSA的整个签名算法流程以下：

a. 发送方使用SHA-1和SHA-2编码将发送内容加密产生的数字摘要；
b. 发送方用本身的专用密钥对摘要进行再次加密获得数字签名；
c. 发送方将原文和加密后的摘要传给接收方；
d. 接收方使用发送方提供的密钥对进行解密，同时对收到的内容用SHA-1/SHA-2编码加密产生一样的摘要；
e. 接收方再将解密后的摘要和d步骤中加密产生的摘要进行比对，若是二者一至，则说明传输过程的信息没有被破坏和篡改，不然传输信息则不安全。

3. ECDSA椭圆曲线数字签名算法

ECDSA是用于数字签名，是ECC与DSA的结合，整个签名过程与DSA相似，所不同的是签名中采起的算法为ECC，最后签名出来的值也是分为r,s。而ECC（全称Elliptic Curves Cryptography）是一种椭圆曲线密码编码学。

ECDH每次用一个固定的DH key，致使不能向前保密（forward secrecy），因此通常都是用ECDHE（ephemeral）或其余版本的ECDH算法。ECDH则是基于ECC的DH（ Diffie-Hellman）密钥交换算法。

ECC与RSA 相比，有如下的优势：

a. 相同密钥长度下，安全性能更高，如160位ECC已经与1024位RSA、DSA有相同的安全强度。
b. 计算量小，处理速度快，在私钥的处理速度上（解密和签名），ECC远比RSA、DSA快得多。
c. 存储空间占用小 ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，因此占用的存储空间小得多。
d. 带宽要求低使得ECC具备普遍得应用前景。

下表是ECC和RSA安全性比较

攻破时间(MIPS年)RSA/DSA(密钥长度)ECC密钥长度RSA/ECC密钥长度比1045121065：11087681326：1101110241607：11020204821010：110782100060035：1

下表是RSA和ECC速度比较

功能Security Builder 1.2BSAFE 3.0163位ECC(ms)1,023位RSA(ms)密钥对生成3.84,708.3签名2.1(ECNRA)228.43.0(ECDSA)认证9.9(ECNRA)12.710.7(ECDSA)Diffie—Hellman密钥交换7.31,654.0

在 ECDHE 密钥交换中，服务端使用证书私钥对相关信息进行签名，若是浏览器能用证书公钥验证签名，就说明服务端确实拥有对应私钥，从而完成了服务端认证。密钥交换和服务端认证是彻底分开的。

可用于 ECDHE 数字签名的算法主要有 RSA 和 ECDSA，也就是目前密钥交换 + 签名有三种主流选择：

RSA 密钥交换（无需签名）；
ECDHE 密钥交换、RSA 签名；
ECDHE 密钥交换、ECDSA 签名；

4. 总结

对于SSL数字证书和代码签名证书以及其它非对称加密产品来讲，RSA目前普及度最高，以SHA-256签名算法最广，对于更高级基于ECC签名算法是须要对证书请求文件CSR和根证书都有相应的要求。

SHA-2

自2016年1月1日起大多CA已中止签发不安全的SHA-1签名算法，全部CA目前签发的证书都要求基于SHA-2签名算法。

FULL SHA-2

与SHA-2选项相似，FULL SHA-2选项将为您提供相同的SHA-2证书和中间证书，但根证书再也不是基于SHA-1而是SHA-2。

ECC-FULL

和“FULL-SHA-2”选项相似，你将须要提供一个基于ECC算法的CSR，同时ECC-HYBRID ECC-HYBRID与ECC-FULL同样，ECC的几种算法都要求根证书是RSA。