什么是数字签名？

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数字签名是用于验证数字和数据的真实性和完整性的加密机制。 我们可以把它看作是传统手写签名方式的数字化版本，它比签名具有更高的复杂性和安全性。

简而言之，我们可以将数字签名理解为附加在消息或文档上的代码。 数字签名生成后，作为信息在从发送方到接收方的传输过程中未被篡改的证明。

虽然使用密码学来保护通信机密性的概念可以追溯到古代，但随着公钥密码学 (PKC) 的发展，数字签名方案直到 1970 年代才成为现实。 因此，要了解数字签名的工作原理，我们首先需要了解散列函数和公钥密码学的基础知识。

哈希函数

哈希是数字签名中的核心元素之一。 哈希值的运算过程是指将任意长度的数据转换为固定长度的数据。 这是通过称为散列函数的特殊操作实现的。 哈希函数运算产生的值称为哈希值或消息摘要。

当哈希值与加密算法相结合，即使用加密的哈希函数生成哈希值（摘要）的方法时，该值可以作为唯一的数字指纹。 这意味着对输入数据（消息）的任何更改都会导致完全不同的输出值（哈希值）。 这就是密码哈希函数被广泛用于验证数字和数据真实性的原因。

公钥加密 (PKC)

公钥密码术或 PKC 是指使用一对密钥的加密系统：公钥和私钥。 这两个密钥在数学上是相关的，可用于数据加密和数字签名。

PKC作为一种加密工具，比对称加密具有更高的安全性。 对称加密系统依靠同一个密钥来加密和解密信息，但 PKC 使用公钥进行数据加密，并使用相应的私钥进行数据解密。

此外，PKC 还可以用于生成数字签名。 本质上，这个过程是发送方用自己的私钥加密消息（数据）的哈希值。 接下来，消息的接收者可以使用签名者提供的公钥来检查数字签名是否有效。

在某些情况下，数字签名本身可能包括加密，但并非总是如此。 例如，比特币区块链使用 PKC 和数字签名，而不是大多数人认为的加密。 从技术上讲，比特币反过来部署所谓的椭圆曲线数字签名算法 (ECDSA) 来验证交易。

数字签名的工作原理

在加密货币的背景下，数字签名系统通常涉及三个基本过程：散列、签名和验证。

散列数据

第一步是散列消息或数据。 它是通过哈希算法对数据进行操作，生成一个哈希值（即消息摘要）来完成的。 如上所述，消息的长度可能相差很大，但是当消息被散列时，它们都具有相同的散列值。 这是哈希函数最基本的属性。

然而，简单地散列消息并不是生成数字签名所必需的，因为私钥也可用于加密未散列的消息。 但对于加密货币来说比特币使用的数字签名方案叫什么，消息需要通过哈希函数进行处理，因为处理固定长度的哈希值有利于加密货币的程序运行。

符号

信息经过哈希处理后，消息的发送者需要对他们的消息进行签名。 这是使用公钥加密的地方。 有几种类型的数字签名算法，每种算法都有自己独特的操作机制。 本质上，散列消息（散列值）是用私钥签名的，然后消息的接收者可以使用相应的公钥（由签名者提供）来检查其有效性。

换句话说，如果在生成签名时不使用私钥，则消息的接收方将无法使用相应的公钥来验证其有效性。 公钥和私钥均由消息的发送者生成，但只有公钥与接收者共享。

重要的是要注意数字签名与每条消息的内容相关联。 因此，与手写签名不同，数字签名对于每条消息都是不同的。

核实

让我们举个例子来说明整个过程，从开始到最后一步验证。 假设 Alice 向 Bob 发送一条消息，对消息进行哈希处理以获得哈希值，然后将哈希值与她的私钥结合起来生成数字签名。 数字签名将作为消息的唯一数字指纹。

当 Bob 收到消息后，他可以使用 Alice 提供的公钥来检查数字签名的有效性。 这样，Bob 就可以确定签名是由 Alice 创建的，因为只有她拥有与该公钥相对应的私钥（至少这是我们假设的）。

因此，Alice 保管好自己的私钥非常重要。 如果另一个人有爱丽丝的私钥，他们也可以创建一个数字签名并冒充爱丽丝。 在比特币的背景下，这意味着某人可以访问爱丽丝的私钥，并且可以在她不知情的情况下转移或使用她的比特币。

为什么数字签名很重要？

数字签名通常用于实现三个目标：数据完整性、身份验证和不可否认性。

案子

数字签名可以应用于各种数字文档和证书。 因此，它们有多种应用。 一些最常见的情况包括：

局限性

数字签名方案面临的主要挑战主要限于以下三个因素：

电子签名与数字签名

简而言之，数字签名可以理解为一种特定类型的电子签名，具体指以电子方式签署文件和信息。 因此，所有的数字签名都可以认为是电子签名，反之则不然。

它们之间的主要区别在于身份验证方法。 数字签名需要部署密码系统，例如散列函数、公钥密码术和加密技术。

总结

哈希函数和公钥密码学是数字签名系统的核心，用于各种用例。 如果实施得当，数字签名可以提高安全性、确保完整性并促进对所有类型数据的验证。

在区块链世界中，数字签名用于签署和授权加密货币交易。 它们对比特币尤为重要，因为数字签名确保硬币只能由拥有相应私钥的人使用。

虽然多年来我们一直在使用电子和数字签名，但仍有很大的发展空间。 今天，大多数官方文件仍然以纸质材料为主，但随着越来越多的系统向数字化迁移，我们将看到更多的数字签名方案。

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