Python中使用MD5和RSA的数字签名算法的应用文档说明

简介：
本应用文档详细介绍了在Python编程环境中如何利用MD5与RSA算法实施数字签名技术，确保数据完整性和不可否认性。 根据《信息系统安全》课程所学的基本理论和方法，以小组为单位对拟定的设计题目进行前期调研、功能分析、造型及渲染展示设计，并得出最终作品。通过本任务的实践可以提升学生运用公钥密码体制的信息安全与保密能力、加密解密技能等专业能力，同时培养信息搜集、书面表达、口头交流、团队合作、问题分析及逻辑思维等可转移能力。完成基于公钥加密体制的数字签名/数字证书/数字信封的应用项目。 设计要求如下： 1. 生成数字签名：对正文内容进行MD5数字摘要处理，得到一个固定长度的哈希值（摘要），使用RSA公钥对该哈希值进行加密，生成数字签名。 2. 发送签名与明文：将明文、数字签名以及RSA公钥一起发送给对方。 3. 验证数字签名：接收方收到信息后，使用RSA私钥对数字签名解密得到原始的MD5哈希值。同时对接收的明文内容进行MD5摘要处理，获得一个新的哈希值。 4. 比较验证：将解密后的MD5哈希值与新计算出的MD5哈希值比较以判断签名的有效性。 基于《信息系统安全》课程中的数字签名技术的研究和实践，小组成员的任务分工明确。具体如下： - 调研项目的意义与应用前景由指定成员负责。 - 数字签名原理及流程分析由另一成员完成。 ### 1. 背景与意义 随着信息技术的发展，数据的安全传输变得至关重要。数字签名技术作为保障信息完整性和身份验证的关键手段，在电子商务、电子政务等领域得到了广泛应用。它结合了消息摘要技术和公钥加密技术，有效防止数据篡改和伪造，并确保发送者的身份真实性。 ### 1.2 应用前景与主要需求 随着网络通信的日益普及，数据安全成为关注焦点。数字签名技术能够满足以下主要需求： - 数据完整性：保证传输过程中的数据不被修改。 - 发送者身份验证：确认信息确实来自声称的发送方。 - 不可否认性：确保发送方不能否认已发出的数据。 - 法律效力：在某些情况下，数字签名具有与手写签名同等法律效力。 ### 2. 数字签名原理 数字签名是一种用于验证电子信息真实性的技术。其基本工作流程包括： 1. 消息摘要生成：使用单向散列函数（如MD5）处理原始消息得到固定长度输出。 2. 签名生成：发送者用个人私钥加密该摘要，形成数字签名。 3. 发送与验证：将明文、数字签名及公钥发给接收方；后者用发送者的公钥解密数字签名获得摘要，并比对新计算的摘要以确认消息的真实性和完整性。 ### 2.1 基本概念 - 消息摘要：指单向散列函数（如MD5）处理原始信息后产生的固定长度输出。 - 数字签名：通过发送者的私钥加密的消息摘要结果。 - 公钥/私钥：公钥用于加密，而私钥则用来解密。两者构成一对，其中私钥仅由持有者掌握。 ### 2.2 流程概述 1. 发送方生成消息摘要； 2. 使用自己的私钥对摘要进行签名处理； 3. 将明文、数字签名和公钥发送给接收方。 4. 接收方通过解密签名验证信息的真实性和完整性。 #### 3 RSA+MD5原理 ##### 3.1 消息摘要 使用MD5算法生成固定长度的消息摘要，该输出为一个128位（即16字节）的值，并通常表示成32个十六进制数的形式。 ##### 3.2 签名过程 发送者利用自己的私钥对消息摘要进行加密签名。此步骤确保只有拥有相应私钥的人才能生成有效的数字签名。 #### 4 密钥生成 ##### 4.1 RSA密钥对的产生 RSA算法用于创建公钥和私钥组合，具体包括： - 确定两个大质数p和q，并计算n=p*q。 - 计算欧拉函数φ(n)=(p-1)*(q-1)。 - 选择e使它在1到φ(n)-1之间且与φ(n)互素；接着找到d使得de模φ(n)=1； 公钥是（n,e），私钥则是（n,d）。 ##### 4.2 注意事项 大质数p和q的选择需确保足够的安全强度，同时密钥必须妥善保管特别是避免泄露私钥信息。 #### 5 签名生成过程 ##### 5.1 消息摘要