3. 应用层安全——数字签名

3.1 数字签名

（1）数字签名细节

　　①A有一个密钥对（A的私钥SK和公钥PK）。发送文件前先使用哈希函数生成该文件的摘要，再使用A的私钥加密摘要（这个过程称为签名，私钥持有者才能做这个操作）。

　　②然后将加密后的摘要、A的公钥和文件（不加密该文件）一起发送给B。

　　③B收到后，将加了密的摘要使用A的公钥进行解密。同时B将收到的文件通过哈希函数生成一个摘要，比较这两个摘要，如果一样，就认为A的签名有效，说明该文件来源可靠，也没被修改过。

（2）优点

　　①能确定消息是否由发送方签名并发出来的，因为别人假冒不了发送方的签名。

　　②能确定消息的完整性，因为数字签名的特点代表了文件的特征，文件如果发生改变，数字摘要的值也将发生变化，不同的文件将得到不同的数字摘要。

3.2 数字证书颁发

（1）数字证书颁发机构

　　①在互联网上，通信双方自己生成的密钥对，将公钥出示给对方来验证自己的签名，一方很难断定对方的身份是否真实、合法。

　　②于是互联网上使用的密钥对是由专门的机构发放，在计算机中这些密钥对是以数字证书的形式出现的，其包含了使用者个人的信息、发证机构。

　　③电子商务认证授权机构（Certificate Authority，CA），也称为电子商务认证中心是负责发放和管理数字证书的权威机构。电子商务交易的双方可以不信任对方，但他们都是信任CA这是个权威机构，所以也信任由其颁发的数字证书。CA承担公钥体系中公钥合法性检验的责任。

（2）使用CA颁发的证书验证对方身份的合法性

　　①A向CA提交证书申请（注意，在这之前A须先信任CA证书颁发机构,见3.3节的操作！），CA核实A提交的信息，为A产生一个数字证书，该数字证书包含A的个人信息、A的私钥、A的公钥还有证书颁发者等信息。这个证书是用CA的私钥签名的（注意不是A的私钥！）。当然，A也可以从证书中单独导出A的公钥（经CA数字签名的）。

　　②A给B发送一个数字签名的文档，这时B首先核实A的身份，验证A出示的证书（A的公钥PK_A）是否是CA颁发的。当然B计算机首先要有CA的公钥，然后，使用CA的公钥验证A证书是否来自CA的认证。

　　③验证通过后，再使用A的公钥验证由A签名的摘要。这样A和B虽然都是网络中的个人或企业，彼此可能互不信任，没办法知道对方的身份，只要A出示的证书是B信任的证书颁发机构颁发的，B就可以使用该证书机构的公钥验证A出示的证书（公钥）是否来自该CA，从而验证了A的身份。

3.3 实战：发送数字签名和数字加密的邮件

（1）安装证书颁发机构：（模拟互联网的CA机构）

　　①在Win2003CA虚拟机安装Windows组件，选中“应用程序服务器”和“证书服务”。由于用户需要通过访问证书颁发机构的网站申请证书，所以要同时安装“应用程服务器”，即IIS服务。

　　②在“CA类型”对话框中选择“独立根CA”（独立CA需要核实申请者信息真实性才颁发，而企业CA是通过企业内网的Active Directory（活动目录）来验证申请者的身份）

　　③在出现的“CA识别信息”对话框中输入CA的公用名称（如5ieduCA）、证书有效期默认值。

　　④在“证书数据库设置”对话框中指定证书数据库路径和证书数据库日志路径。

　　⑤安装完成后，可以从“开始”→“所有程序”→“管理工具”中打开证书颁发机构管理工具。同时，在IIS的默认网站目录下会生成一个虚拟目录CertSrv，网络中的计算机通过访问默认网站的该目录申请数字证书。

（2）申请和颁发电子邮件数字证书

　　①在WinXP1上申请电子邮件证书之前，首先要信任证书颁发机构，就是将CA的公钥添加到受信任的根证书颁分机构，这样就表示XP1信任了该证书颁发机构。方法是：下载一个CA证书：http//192.168.80.20/certsrv/，然后“下载一个CA证书、证书链或CRL”→“安装此CA证书链”。可以打开IE的“Internet选项”→“内容”→“证书”→“受信任的根证书颁分机构”选项卡下查看到“5ieduCA”，这意味着当前用户信任了该证书颁发机构，也就拥有了该机构的公钥。

　　②信任该机构以后，可以去申请电子邮件证书。返回主页，点击“申请一个证书”→“高级证书申请”→“创建并向此CA提交一个申请”，在对话框中输入识别信息：姓名、电子邮件、公司、部门，中国就写cn。（注意填写的信息不要有中文）→证书类型中选择“电子邮件保护证书”，同时选中“标记密钥为可导出”（这样用户可以备份该证书！）→“提交”

　　③在Win2003CA上审核WinXP1刚刚申请的证书，选中“挂起的申请”，然后选择刚才的申请，最后再“颁发”。

　　④WinXP1，返回申请的数字证书首页，点击“查看挂起的证书申请的状态”→“电子邮件保护证书”→选中刚审核下来的证书，再“安装此证书”。然后打开“Internet选项”，再次查看证书，在“个人”选项卡下，可以看到刚才安装的证书内容（如证书目的、颁发者、颁发给、有效期以及该证书的CA私钥））

（3）配置Outlook Express账户绑定数字证书

　　①在Outlook中添加邮件账号：net5iedu@sohu.com以便用该邮箱收发邮件。主要注意两处设置：A.接收邮件服务器的帐户名为net5iedu。B发送邮件服务器由于默认不允许匿名中继，所以要勾选“我的服务器要求身份验证”。（具体可参考搜狐的邮箱设置帮助）

　　②Outlook账号绑定数字证书：选择pop3.sohu.com账号，在“安全”选项卡中，选中用于数字签名的证书。（注意，如果看不到申请的数字证书，要检查当时申请数字证书时填写的电子邮件地址和Outlook中配置的电子邮件地址是否一样。如果不同，要重新申请证书）

　　③在“加密首选项”也选项该证书。因为用户发送签名的邮件时会把用户公钥一起发给接收者，接收者就可以使用这个公钥发送加密邮件。

（4）发送数字签名的邮件

　　①现在可以给santaclaus@sohu.com发送一封签名的邮件了，在Outlook中写好邮件后，选中工具栏中的“签名”，再点击“发送”。注意这时还不能选择“加密”，因为加密需要收件人的公钥，而现在还没有收件人的公钥。

　　②在WinXP2上配置SantaClaus@sohu.com邮箱，并接收来自net5iedu@sohu.com的邮件时，发会现邮件前面带有一个签名的标记，同时查看该邮件时，会弹出“安全警告”。这是可以理解，因为WinXP2现在还没有添加对证书颁发机构的信任。可以参照前面的操作安装对证书颁发机构的信任。

　　③信任了证书颁发机构以后，就可以正常查看来自net5iedu@sohu.com的邮件了，只是这些邮件都会有带有数字签名的标记，同时还自动创建了一个联系人。

（5）发送加密的邮件

　　①经过上述发送一封数字签名的邮件后，由于邮件带有net5iedu@sohu.com的公钥，所以会在outlook界面的左侧“联系人”中出现“5iedu”，在右击出现的属性对话框中看到该数字证书。

　　②双击“5iedu”联系人，可以给该人发送一封加密的邮件。注意发送加密邮件时都是利用对方给的公钥来加密的。由于此时SantaClaus拥有了对方的公钥，所以就可以给5iedu发送加密邮件了。注意两点：A.查看加密邮件要用相应的私钥才可以解密，但SantaClaus并没有对方的私匙。因此，当发送完邮件后，是无法查看己发送邮件中刚刚发送的邮件。注意，是连自己发送的邮件都无法查看。B.由于SantaClaus没有自己的邮件证书，所以无法发送签名邮件。

　　③在WinXP1的Outlook查看来自SantaClaus的邮件，会看到该邮件是被加密的。但由于5iedu拥有证书的私钥，所以可以查看该邮件。但由于5iedu并没有SantaClaus的公钥，所以不能给SantaClaus发送加密邮件。

第10章 网络安全（2）_应用层安全(数字签名)