数字签名算法RSAWord格式.docx
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如果一个消息的签名是从别处复制得到的，则任何人都可以发现消息与签名之间的不一致性，从而可以拒绝签名的消息；
4）签名的消息是不可改变的：
经签名的消息不能篡改，一旦签名的消息被篡改，任何人都可以发现消息与签名之间的不一致性；
5）签名是不可抵赖的：
签名者事后不能否认自己的签名。
可以由第三方或仲裁方来确认双方的信息，以做出仲裁。
2、各模块功能描述
模块一创建创建密钥容器，得到CSP句柄
微软的CryptoAPI是PKI推荐使用的加密API。
其功能是为应用程序开发者提供在Win32环境下使用加密、验证等安全服务时的标准加密接口。
CryptoAPI处于应用程序和CSP之间（见图一）。
图一
从图一可以看到，每个CSP有一个密钥库，密钥库用于存储密钥。
而每个密钥库包括一个或多个密钥容器（KeyContainers）。
每个密钥容器中含属于一个特定用户的所有密钥对。
每个密钥容器被赋予一个唯一的名字。
在销毁密钥容器前CSP将永久保存每一个密钥容器，包括保存每个密钥容器中的公/私钥对。
在这个模块中，实现创建密钥容器，得到CSP密钥句柄的作用，并且它被绑定到以UserName为名的密钥容器上。
模块二计算Hash值，签名
在这个模块中，实现实现对原始报文的签名。
首先，对原始报文进行散列值的计算。
此处通过CryptoAPI中的函数，直接调用实现。
然后调用CryptSignHash（），对散列值进行签名。
过程如图二所示。
图二
模块三验证签名
负责验证签名的人在收到签名者发来的公钥、数据及签名后，先用CryptImportKey（）将签名者的公钥导入密钥容器中，验证者通过对原文的Hash计算，并与收到的Hash值对比，验证是否是发送方发送的消息，并可验证其正确性。
过程如图三所示。
图三
三、概要设计
1、函数CryptAcquireContext（），获得指定CSP容器的句柄。
主要参数表如下：
PhProv（）CSP句柄指针
PszContainer（）密钥容器名称，指向密钥容器的字符串指针
Pszprovider（）指向CSP名称的字符串指针
这个函数用来实现取得指定CSP句柄密钥容器，以后任何的加密都是针对这个CSP句柄而言。
2、函数CryptGenKey（），用来随即产生密钥。
主要参数如下：
hCryptProv,CSP句柄
AT_SIGNATURE,创建的密钥对类型为signaturekeypair
0,key类型，这里用默认值
&
hKey创建成功返回新创建的密钥对的句柄
3、函数CryptCreateHash（），用来创建Hash对象。
参数如下：
HCRYPTPROVhProv,CSP句柄
ALG_IDAlgid,选择hash算法，比如CALG_MD5等
HCRYPTKEYhKey,HMAC和MAC算法时有用
DWORDdwFlags,保留，传入0即可
HCRYPTHASH*phHash返回hash句柄
4、函数CryptHashData（），用来Hash数据。
HCRYPTHASHhHash,hash对象
BYTE*pbData,被hash的数据
DWORDdwDataLen,数据的长度
DWORDdwFlags微软的CSP这个值会被忽略
5函数CryptDeriveKey（），用于
调用CryptDeriveKey获取对话密码，参数如下：
hCryptProv,
CSP句柄
CALG_RC2,
一个ALG_ID结构，用来指定对称密钥生成的算法
hHash,
哈希对象
CRYPT_EXPORTABLE,
指定生成密钥的类型，CRYPT_EXPORTABLE意味着这个程序生成的密钥可以被其它程序调用，而不是仅仅限于这个程序当中。
但是它不能用于非对称密码中。
hKey指向生成的密钥
5、总体设计
发送方验证方
四、详细设计
1、RSA算法描述
RSA算法是一种公钥密码算法,实现RSA算法包括生成RSA密钥，加密和解密数据。
RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。
RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。
即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是NP-C问题。
RSA的缺点主要有：
A）产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。
B）分组长度太大，为保证安全性，n至少也要600bits。
RSA算法的实现原理：
1）随机选择两个不同的素数p和q，它们的宽度是密钥宽度的二分之一。
2）计算出p和q的乘积n。
3）在2和Φ（n）之间随机选择一个数e,e必须和Φ（n）互素，整数e用做加密密钥（其中Φ（n）=（p-1）*（q-1））。
4）从公式ed≡1modΦ（n）中求出解密密钥d。
5）得公钥（e，n）,私钥（d,n）。
6）公开公钥，但不公开私钥。
7）将明文P（假设P是一个小于n的整数）加密为密文C，计算方法为：
C=P^emodn;
8）将密文C解密为明文P，计算方法为：
P=C^dmodn;
然而只根据n和e（不是p和q）要计算出d是不可能的。
因此，任何人都可对明文进行加密，但只有授权用户（知道d）才可对密文解密。
2、创建密钥容器，得到CSP句柄
此处调用函数CryptAcquireContext（），创建密钥容器，当Flagvalues值为零，说明以UserName为名的密钥容器存在，那么我们已经得到了CSP的句柄
具体实现代码如下：
if（CryptAcquireContext（
hCryptProv,//返回CSP句柄
UserName,//密码容器名
NULL,//NULL时使用默认CSP名（微软RSABaseProvider）
PROV_RSA_FULL,//CSP类型
0））//Flagvalues
{
printf（"
得到了CSP句柄"
UserName）;
}
如果密钥容器不存在，我们需要重新创建这个密钥容器：
&
hCryptProv,
UserName,
NULL,
PROV_RSA_FULL,
CRYPT_NEWKEYSET））//创建以UserName为名的密钥容器
{
//创建密钥容器成功，并得到CSP句柄
一个新的密钥容器被创建\n"
）;
else
HandleError（"
创建失败.\n"
}
此时就已经创建了密钥容器，并得到了CSP的句柄。
也可以这样理解，我们得到了一个CSP的句柄，并且它被绑定到以UserName为名的密钥容器上。
可以如下删除密钥容器。
CryptAcquireContext（&
hCryptProv,userName,NULL,PROV_RSA_FULL,CRYPT_DELETEKEYSET）;
3、RSA算法描述
具体程序实现如下：
1、读取原文
voidCGenRsaKey:
:
OnSOpenButton（）
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandlercodehere
UpdateData（TRUE）;
charszFilter[]="
全部文件（*.*）|*.*||"
;
CFileDialogOpenFile（TRUE,NULL,"
*.*"
OFN_HIDEREADONLY|OFN_FILEMUSTEXIST|OFN_NOCHANGEDIR,szFilter,NULL）;
if（OpenFile.DoModal（）!
=IDOK）
return;
m_strSSrcPath=OpenFile.GetPathName（）;
UpdateData（FALSE）;
return;
}
//产生随机密钥
OnVerifySaveButton（）
staticcharszFilter[]="
CFileDialogsaveFileDlg（FALSE,NULL,"
OFN_HIDEREADONLY|OFN_FILEMUSTEXIST|OFN_NOCHANGEDIR,szFilter,NULL）;
if（saveFileDlg.DoModal（）!
m_strVDestPath=saveFileDlg.GetPathName（）;
OnRsaSign（）
if（m_strSSrcPath=="
"
m_strVDestPath=="
）
MessageBox（"
请选择待签名/待验证文件路径!
//读取签名原文失败
CFilefpSrcFile;
if（fpSrcFile.Open（m_strVDestPath,CFile:
modeRead）==0）
读取签名原文失败!
nSrcLen=fpSrcFile.GetLength（）;
pbSrcData=newunsignedchar[nSrcLen+1];
memset（pbSrcData,0x00,nSrcLen+1）;
fpSrcFile.Read（pbSrcData,nSrcLen）;
fpSrcFile.Close（）;
2、获得CSP句柄
intCKeyOperation:
CRYPTAPI_RSAVerify（unsignedchar*pbSrcData,intnSrcLen,
unsignedchar*pbDestData,intnDestLen）
if（!
m_hProv,"
ASYSIGN"
MS_ENHANCED_PROV,PROV_RSA_FULL,0））
return-1;
CryptGetUserKey（m_hProv,AT_SIGNATURE,&
m_hKey））
if（m_hProv）
CryptReleaseContext（m_hProv,0）;
return-2;
}
3、创建Hash对象并Hash数据
HCRYPTHASHhHash;
CryptCreateHash（m_hProv,CALG_SHA,0,0,&
hHash））//创建HASH对象
//释放CSP句柄
return-3;
CryptHashData（hHash,pbSrcData,（unsignedlong）nSrcLen,0））//hash数据
if（hHash）
CryptDestroyHash（hHash）;
//释放Hash句柄
4、签名数据
//获得签名数据长度
CryptSignHash（hHash,AT_SIGNATURE,NULL,0,NULL,（unsignedlong*）pnDestLen））
return-4;
//签名HASH数据
CryptSignHash（hHash,AT_SIGNATURE,NULL,0,pbDestData,（unsignedlong*）pnDestLen））
return-5;
if（hHash）
CryptDestroyHash（hHash）;
if（m_hProv）
return0;
5、读取签名数据
CFilefpDestFile;
if（fpDestFile.Open（m_strSSrcPath,CFile:
nDestLen=fpDestFile.GetLength（）;
fpDestFile.Read（pbDestData,nDestLen）;
fpDestFile.Close（）;
CFilefpDestFile;
6、Hash待验证数据
//创建HASH对象
hHash））
//HASH待验证数据
CryptHashData（hHash,pbSrcData,nSrcLen,0））
7、验证签名数据
//验证签名数据
CKeyOperationobj_Verify;
intr=obj_Verify.CRYPTAPI_RSAVerify（pbSrcData,nSrcLen,pbDestData,nDestLen）;
if（r!
=0）
验证签名失败!
delete[]pbSrcData;
pbSrcData=NULL;
MessageBox（"
验证签名成功!
if（!
CryptVerifySignature（hHash,pbDestData,nDestLen,m_hKey,NULL,0））
if（hHash）
CryptReleaseContext（m_hProv,0）;
五、测试数据及其结果分析
测试时，在签名原文中输入数据：
1234567890
生成RSA密钥对，并导出公钥
程序显示产生RSA密钥对成功，说明在签名时产生密钥对运行没有问题。
对签名原文进行签名，程序运行如下：
程序运行显示签名数据成功，签名后数据长度为128字节，签名后的数据存放在.txt文档中，便于在下一步进行验证比较。
签名后的数据显示如下：
记事本显示为乱码，因为输出为16进制，在记事本中的显示就为乱码，当放入控制台时，显示就为16进制数。
发现数据长度为128字节，签名正确。
对签名进行验证，程序运行如下：
待验证文件选择为签名后的数据，签名原文选择原文件。
按下验证签名按钮，产生对话框，说明验证签名成功，程序运行无误。
六、软件设计总结
本次的课程设计，主要是熟悉了数字签名的具体过程，并了解了RSA算法的具体实现步骤，更重要的是学会了CryptoAPI的使用，通过调用其中的函数，很方便的实现了加密以及签名的功能。
再次总结一下收获。
1、关于CSP
CSP是真正执行加密工作的独立的模块。
物理上一个CSP由两部分组成：
一个动态链接库，一个签名文件。
若加密算法用硬件实现，则CSP还包括硬件装置。
其决定了以下因素：
（1）
有且仅有一个密钥交换算法;
（2）
有且仅有一个签名算法;
（3）
特定的Key
Blob格式;
（4）
特定的数字签名格式;
（5）
特定的密钥推导模式;
（6）
特定的密钥长度;
（7）特定的分组加密算法的缺省模式。
2、
几个误区
通过本次数字签名的实验，我通过上网查阅资料等方式，发现存在着这样几个误区。
误区一：
大家对公钥私钥区分得太死板了。
其实当你把公钥保密不公开的时候，公钥就是私钥了；
当你把私钥公开的时候，私钥也是公钥了。
没必要记得这么死的。
密钥与私钥只是相对的概念，RSA中产生的e与d，当把e公布出去时，e就是公钥，d就是私钥。
相反的e就变成了私钥。
误区二：
对RSA算法的原理理解不够，实际上所谓的公钥和私钥只是RSA算法（说穿了RSA就是个数学方程式）的参数（未知数），比如X+Y+M=Z，X就可以说是私钥，Y就可以说是公钥，M就是需要加密的内容，Z就是加密后的密文，当然RSA中不可能只有X和Y两个未知数的，所以就经常有朋友问，到底X是私钥还是Y是
钥。
其实这个就要取决于你用在时候，什么地方了。
误区三：
对Security.Cryptography命名空间不熟悉。
“数字签名”一般的做法是：
A先计算出文件M的HASH码，再对HASH码进行加密（这个步骤就是签名），再把M（文件M不要加密，第三方可以查阅）和加密后的HASH码传送给B，B再用A的公钥来解密刚才得到的加密HASH码，如果能解密，那就说明这个文件是A发的，具有法律效应。
再计算出得到的文件M的HASH码，再和刚才解密出来的HASH码比较（这个步骤叫验证签名），如果一致就说明文件M在传输过程中没有被修改。
但是需要解密RSA，就必须提供公钥和私钥，当然这和我们的现实不符，因为A不可能把他的私钥给B。
许多人就是在这里难住了。
其实Security.Cryptography命名空间中有RSA
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