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DSA数字签名原理及python实现

python的加密算法一般在库中,这个库包含了常见的对称加密算法(DES、AES、IDEA、等)、公钥加密算法(RSA、DSA、等)、散列算法(MD5、SHA1、RIPEMD、等)。

DSA数字签名原理

1991年8月美国国家标准局(NIST)公布了数字签名标准(Digital Signature Standard, DSS)。

此标准采用的算法称为数字签名算法(Digital Signature Algorithm, DSA),它作为ElGamal和Schnorr签名算法的变种,其安全性基于离散对数难题;并且采用了Schnorr系统中,g为非本原元的做法,以降低其签名文件的长度。

方案包括初始过程、签名过程和验证过程。

1. 初始过程

(1) 系统参数:全局公钥KUG:p,q,g。p,q,g 作为系统参数,供所有用户使用,在系统内公开。 q: 选择素数q,位长为160,即 2159<q<2160 p: 随机生成L位的素数 p=kq+1 ,这里L在512到1024之间,且为64的倍数 g: 随机选择整数h,计算 g=h(p−1)/qmod p ,其中 1<h<(p−1) , g>1 , gq≡1(mod p)

(2) 用户私钥:用户选取一个私钥x,x 随机或伪随机整数, 其中 1≤x≤q−1 (3) 用户公钥:用户的公钥y, y=gxmod(p) ,公开。 与用户每条消息相关的秘密值k k: 随机或伪随机整数, 其中0

2. 签名过程

对待签消息M 输入:((g,p,q,x),M) , M为要签名的消息 (1) 生成一随机整数 k, 0<k<q ; (2) 计算 r=(gk mod p)mod q ; (3) 计算 s=k−1(H(m)+xr)mod q。 则输出 (r,s) 为签名人对M的签名。 注: H(M)使用SHA-1生成的M的散列码 r不依赖消息,是k和全局公钥的函数。故对一个消息存在许多签名 离散对数的困难:从r恢复k是很困难的,从s恢复x是不可行的

3. 验证过程

(1) 输入:((g,p,q,y),M,(r ′,s ′ )) (2)计算 w=(s)−1mod q (3) 计算 u1=[H(M)w]mod q,u2=(r)wmod q (4)计算 v=[(gu1yu2)mod p]mod q 正确性证明: 验证:如 v=r ′则签名有效

其中M ′,r ′,s ′ 为接收端得到的M,r,s版本

DSA签名特点

    DSS的签名比验证快得多 DSS不能用于加密或者密钥分配 s−1mod q 要存在s ≠ 0 mod q,如果发生,接收者可拒绝该签名. 要求重新构造该签名,实际上, s ≡ 0 mod q的概率非常小 签名产生的计算任务有: 1)计算 gkmod p 求r 2)确定逆元 k−1 求s

DSA签名实例

python实现DSA签名

下面是一个DSA加密的实例:

#encoding utf-8
from Crypto.Random import random
from Crypto.PublicKey import DSA
from Crypto.Hash import SHA

message = "Hello World"
key = DSA.generate(1024)
h = SHA.new(message).digest()
k = random.StrongRandom().randint(1,key.q-1)
sig = key.sign(h,k)

print "Message is ",message
print "signature is ",sig

#签名的验证
if key.verify(h,sig):
    print "Signature verification is true"
else:
    print "Sorry,signature verification is false"

手动DSA签名

  1. 密匙生成: p=67=6×11+1,q=11 g=3p−1/11mod p=36mod 67=59 x=5,y=gx mod p=62 KU=(59,67,11,62) KR=(59,67,11,5)
  2. 签名: 令 H(M)=4,k=3 R=(gkmod p)mod q=(593mod67)mod11=2 S=k−1(H(M)+rx)mod q=3−1(4+2×5)mod11=1 (r,s)=(2,1)
  3. 验证 验证 (r´,s´)=(2,1) w=s´−1mod q=1−1mod 11=1 U1=H(M)×wmodq=4×1mod 11=4 U2=r´×wmod q=2×1mod 11=2 V=gu1×yu2mod p mod q=594×622mod67mod11=2 因为 v=r´,(2,1) 是 H(M) 的签名
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