Go-加密学 - 消息认证码/数字签名
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Go-加密学 - 消息认证码/数字签名相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 消息认证码
1.1 消息认证
消息认证码（message authentication code）是一种确认完整性并进行认证的技术，取三个单词的首字母，简称为MAC。
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-
思考改进方案?
从哈希函数入手
需要将要发送的数据进行哈希运算, 将哈希值和原始数据一并发送
需要在进行哈希运算的时候引入加密的步骤
- 在alice对数据进行哈希运算的时候引入一个秘钥, 让其参与哈希运算, 生成散列值
- bob对数据校验
- bob收到原始和散列值之后,
- 处理原始数据: 通过秘钥和哈希算法对原始数据生成散列值
- 散列值比较: 生成的散列值 和 接收到的散列值进行比对
- bob收到原始和散列值之后,
1.2 消息认证码的使用步骤
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- 前提条件:
- 在消息认证码生成的一方和校验的一方, 必须有一个秘钥
- 双方约定好使用同样的哈希函数对数据进行运算
- 流程:
- 发送者:
- 发送原始法消息
- 将原始消息生成消息认证码
- ((原始消息) + 秘钥) * 函数函数 = 散列值(消息认证码)
- 将消息认证码发送给对方
- 接收者:
- 接收原始数据
- 接收消息认证码
- 校验:
- ( 接收的消息 + 秘钥 ) * 哈希函数 = 新的散列值
- 通过新的散列值和接收的散列值进行比较
1.3 go中对消息认证码的使用
有一个包: crypto/hmac
func New(h func() hash.Hash, key []byte) hash.Hash - 返回值: hash接口 - 参数1: 函数函数的函数名 sha1.new md5.new sha256.new - 参数2: 秘钥 第二步: 添加数据 type Hash interface // 通过嵌入的匿名io.Writer接口的Write方法向hash中添加更多数据，永远不返回错误 io.Writer // 返回添加b到当前的hash值后的新切片，不会改变底层的hash状态 Sum(b []byte) []byte // 重设hash为无数据输入的状态 Reset() // 返回Sum会返回的切片的长度 Size() int // 返回hash底层的块大小；Write方法可以接受任何大小的数据， // 但提供的数据是块大小的倍数时效率更高 BlockSize() int type Writer interface Write(p []byte) (n int, err error) 第三步: 计算散列值
1.4 消息认证码的问题
- 弊端
- 有秘钥分发困难的问题
- 无法解决的问题
- 不能进行第三方证明
- 不能防止否认
2. 数字签名
2.1 签名的生成和验证
- 签名
- 有原始数据对其进行哈希运算 -> 散列值
- 使用非对称加密的私钥对散列值加密 -> 签名
- 将原始数据和签名一并发送给对方
- 验证
- 接收数据
- 原始数据
- 数字签名
- 数字签名, 需要使用公钥解密, 得到散列值
- 对原始数据进行哈希运算得到新的散列值
2.2 非对称加密和数字签名
总结:
- 数据通信
- 公钥加密, 私钥解密
- 数字签名:
- 私钥加密, 公钥解密
2.3 数字签名的方法
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2.4 使用RSA进行数字签名
-
使用rsa生成密钥对
- 生成密钥对
- 序列化
- 保存到磁盘文件
-
使用私钥进行数字签名
-
打开磁盘的私钥文件
-
将私钥文件中的内容读出
-
使用pem对数据解码, 得到了pem.Block结构体变量
-
x509将数据解析成私钥结构体 -> 得到了私钥
-
创建一个哈希对象 -> md5/sha1
-
给哈希对象添加数据
-
计算哈希值
-
使用rsa中的函数对散列值签名
func SignPKCS1v15(rand io.Reader, priv *PrivateKey, hash crypto.Hash, hashed []byte) (s []byte, err error) 参数1: rand.Reader 参数2: 非对称加密的私钥 参数3: 使用的哈希算法 crypto.sha1 crypto.md5 参数4: 数据计算之后得到的散列值 返回值: - s: 得到的签名数据 - err: 错误信息
-
-
使用公钥进行签名认证
-
打开公钥文件, 将文件内容读出 - []byte
-
使用pem解码 -> 得到pem.Block结构体变量
-
使用x509对pem.Block中的Bytes变量中的数据进行解析 -> 得到一接口
-
进行类型断言 -> 得到了公钥结构体
-
对原始消息进行哈希运算(和签名使用的哈希算法一致) -> 散列值
- 创建哈希接口
- 添加数据
- 哈希运算
-
签名认证 - rsa中的函数
func VerifyPKCS1v15(pub *PublicKey, hash crypto.Hash, hashed []byte, sig []byte) (err error) 参数1: 公钥 参数2: 哈希算法 -> 与签名使用的哈希算法一致 参数3: 将原始数据进行哈希原始得到的散列值 参数4: 签名的字符串 返回值: - nil -> 验证成功 - !=nil -> 失败
-
2.5 使用椭圆曲线进行数字签名
椭圆曲线在go中对应的包: import “crypto/elliptic”
使用椭圆曲线在go中进行数字签名: import “crypto/ecdsa”
美国FIPS186-2标准, 推荐使用5个素域上的椭圆曲线, 这5个素数模分别是:
P192 = 2192 - 264 - 1
P224 = 2224 - 296 + 1
P256 = 2256 - 2224 + 2192 - 296 -1
P384 = 2384 - 2128 - 296 + 232 -1
P512 = 2512 - 1
-
秘钥对称的生成, 并保存到磁盘
-
使用ecdsa生成密钥对
func GenerateKey(c elliptic.Curve, rand io.Reader) (priv *PrivateKey, err error) -
将私钥写入磁盘
-
使用x509进行序列化
func MarshalECPrivateKey(key *ecdsa.PrivateKey) ([]byte, error) -
将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中
block := pem.Block
Type : “描述…”,
Bytes : MarshalECPrivateKey返回值中的切片字符串,
-
使用pem编码
pem.Encode();
-
-
将公钥写入磁盘
-
从私钥中得到公钥
-
使用x509进行序列化
func MarshalPKIXPublicKey(pub interface) ([]byte, error) -
将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中
block := pem.Block
Type : “描述…”,
Bytes : MarshalECPrivateKey返回值中的切片字符串,
-
使用pem编码
pem.Encode();
-
-
-
使用私钥进行数字签名
-
打开私钥文件, 将内容读出来 ->[]byte
-
使用pem进行数据解码 -> pem.Decode()
-
使用x509, 对私钥进行还原
func ParseECPrivateKey(der []byte) (key *ecdsa.PrivateKey, err error) -
对原始数据进行哈希运算 -> 散列值
-
进行数字签名
func Sign(rand io.Reader, priv *PrivateKey, hash []byte) (r, s *big.Int, err error) - 得到的r和s不能直接使用, 因为这是指针 应该将这两块内存中的数据进行序列化 -> []byte func (z *Int) MarshalText() (text []byte, err error)
-
-
使用公钥验证数字签名
-
打开公钥文件, 将里边的内容读出 -> []byte
-
pem解码 -> pem.Decode()
-
使用x509对公钥还原
func ParsePKIXPublicKey(derBytes []byte) (pub interface, err error) -
将接口 -> 公钥
-
对原始数据进行哈希运算 -> 得到散列值
-
签名的认证 - > ecdsa
func Verify(pub *PublicKey, hash []byte, r, s *big.Int) bool - 参数1: 公钥 - 参数2: 原始数据生成的散列值 - 参数3,4: 通过签名得到的连个点 func (z *Int) UnmarshalText(text []byte) error
-
2.6 数字签名无法解决的问题
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3. 代码
3.1 消息认证码
import (
"crypto/hmac"
"crypto/sha1"
"fmt"
)
func main ()
src := []byte("在消息认证码中，需要发送者和接收者之间共享密钥，而这个密钥不能被主动攻击者Mallory获取。" +
"如果这个密钥落入Mallory手中，则Mallory也可以计算出MAC值，从而就能够自由地进行篡改和伪装攻击，" +
"这样一来消息认证码就无法发挥作用了。")
key := []byte("helloworld")
hamc1 := GenerateHamc(src, key)
bl := VerifyHamc(src, key, hamc1)
//fmt.Printf("校验结果: %t\\n", bl)
fmt.Println(bl)
// 生成消息认证码
func GenerateHamc(plainText, key []byte)[]byte
// 1.创建哈希接口, 需要指定使用的哈希算法, 和秘钥
myhash := hmac.New(sha1.New, key)
// 2. 给哈希对象添加数据
myhash.Write(plainText)
// 3. 计算散列值
hashText := myhash.Sum(nil)
return hashText
// 验证消息认证码
func VerifyHamc(plainText, key, hashText []byte) bool
// 1.创建哈希接口, 需要指定使用的哈希算法, 和秘钥
myhash := hmac.New(sha1.New, key)
// 2. 给哈希对象添加数据
myhash.Write(plainText)
// 3. 计算散列值
hamc1 := myhash.Sum(nil)
// 4. 两个散列值比较
return hmac.Equal(hashText, hamc1)
3.2 RSA签名和验证
func main()
src := []byte("在消息认证码中，需要发送者和接收者之间共享密钥，而这个密钥不能被主动攻击者Mallory获取。如果这个密钥落入Mallory手中，则Mallory也可以计算出MAC值，从而就能够自由地进行篡改和伪装攻击，这样一来消息认证码就无法发挥作用了。")
sigText := SignatureRSA(src, "private.pem")
bl := VerifyRSA(src, sigText, "public.pem")
fmt.Println(bl)
// RSA签名 - 私钥
func SignatureRSA(plainText []byte, fileName string) []byte
//1. 打开磁盘的私钥文件
file, err := os.Open(fileName)
if err != nil
panic(err)
//2. 将私钥文件中的内容读出
info, err := file.Stat()
if err != nil
panic(err)
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
file.Close()
//3. 使用pem对数据解码, 得到了pem.Block结构体变量
block, _ := pem.Decode(buf)
//4. x509将数据解析成私钥结构体 -> 得到了私钥
privateKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
if err != nil
panic(err)
//5. 创建一个哈希对象 -> md5/sha1 -> sha512
// sha512.Sum512()
myhash := sha512.New()
//6. 给哈希对象添加数据
myhash.Write(plainText)
//7. 计算哈希值
hashText := myhash.Sum(nil)
//8. 使用rsa中的函数对散列值签名
sigText, err := rsa.SignPKCS1v15(rand.Reader, privateKey, crypto.SHA512, hashText)
if err != nil
panic(err)
return sigText
// RSA签名验证
func VerifyRSA(plainText, sigText []byte, pubFileName string) bool
//1. 打开公钥文件, 将文件内容读出 - []byte
file, err := os.Open(pubFileName)
if err != nil
panic(err)
info, err := file.Stat()
if err != nil
panic(err)
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
file.Close()
//2. 使用pem解码 -> 得到pem.Block结构体变量
block, _ := pem.Decode(buf)
//3. 使用x509对pem.Block中的Bytes变量中的数据进行解析 -> 得到一接口
pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil
panic(err)
//4. 进行类型断言 -> 得到了公钥结构体
publicKey := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
//5. 对原始消息进行哈希运算(和签名使用的哈希算法一致) -> 散列值
hashText := sha512.Sum512(plainText)
//6. 签名认证 - rsa中的函数
err = rsa.VerifyPKCS1v15(publicKey, crypto.SHA512, hashText[:], sigText)
if err == nil
return true
return false
3.3 椭圆曲线签名和验证
import (
"crypto/ecdsa"
"crypto/elliptic"
"crypto/rand"
"crypto/sha1"
"crypto/x509"
"encoding/pem"
"fmt"
"math/big"
"os"
)
func main()
GenerateEccKey()
src := []byte("使用x509对pem.Block中的Bytes变量中的数据进行解析 -> 得到一接口")
rText, sText := EccSignature(src, "eccPrivate.pem")
bl := EccVerify(src, rText, sText, "eccPublic.pem")
fmt.Println(bl)
// 1. 生成密钥对
func GenerateEccKey()
//1. 使用ecdsa生成密钥对
privateKey, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P521(), rand.Reader)
if err != nil
panic(err)
//2. 将私钥写入磁盘
//- 使用x509进行序列化
derText, err := x509.MarshalECPrivateKey(privateKey)
if err != nil
panic(err)
//- 将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中
block := pem.Block
Type : "ecdsa private key",
Bytes : derText,
//- 使用pem编码
file, err := os.Create("eccPrivate.pem")
if err != nil
panic(err)
pem.Encode(file, &block)
file.Close()
//3. 将公钥写入磁盘
//- 从私钥中得到公钥
publicKey := privateKey.PublicKey
//- 使用x509进行序列化
derText, err = x509.MarshalPKIXPublicKey(&publicKey)
if err != nil
panic(err)
//- 将得到的切片字符串放入pem.Block结构体中
block = pem.Block
Type : "ecdsa public key",
Bytes : derText,
//- 使用pem编码
file, err = os.Create("eccPublic.pem")
if err != nil
panic(err)
pem.Encode(file, &block)
file.Close()
// ecc签名 - 私钥
func EccSignature(plainText []byte, privName string) (rText, sText []byte)
//1. 打开私钥文件, 将内容读出来 ->[]byte
file, err := os.Open(privName)
if err != nil
panic(err)
info, err := file.Stat()
if err != nil
panic(err)
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
file.Close()
//2. 使用pem进行数据解码 -> pem.Decode()
block, _ := pem.Decode(buf)
//3. 使用x509, 对私钥进行还原
privateKey, err := x509.ParseECPrivateKey(block.Bytes)
if err != nil
panic(err)
//4. 对原始数据进行哈希运算 -> 散列值
hashText := sha1.Sum(plainText)
//5. 进行数字签名
r, s, err := ecdsa.Sign(rand.Reader, privateKey, hashText[:])
if err != nil
panic(err)
// 6. 对r, s内存中的数据进行格式化 -> []byte
rText, err = r.MarshalText()
if err != nil
panic(err)
sText, err = s.MarshalText()
if err != nil
panic(err)
return
// ecc签名认证
func EccVerify(plainText, rText, sText []byte, pubFile string) bool
//1. 打开公钥文件, 将里边的内容读出 -> []byte
file, err := os.Open(pubFile)
if err != nil
panic(err)
info, err := file.Stat()
if err != nil
panic(err)
buf := make([]byte, info.Size())
file.Read(buf)
file.Close()
//2. pem解码 -> pem.Decode()
block, _ := pem.Decode(buf)
//3. 使用x509对公钥还原
pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil
panic(err)
//4. 将接口 -> 公钥
publicKey := pubInterface.(*ecdsa.PublicKey)
//5. 对原始数据进行哈希运算 -> 得到散列值
hashText := sha1.Sum(plainText)
// 将rText, sText -> int数据
var r, s big.Int
r.UnmarshalText(rText)
s.UnmarshalText(sText)
//6. 签名的认证 - > ecdsa (问题,api的设计为什么在这个地方要传地址,直接传值比较不是更好吗?)
bl := ecdsa.Verify(publicKey, hashText[:], &r, &s)
return bl
以上是关于Go-加密学 - 消息认证码/数字签名的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
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