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教学内容
对应教材章节
1
电子商务安全的现状与趋势
第一章
2
信息加密技术与应用
第三章
3
数字签名技术与应用
第四章
4
身份认证与访问控制
第五章
5
密钥管理与数字证书
第六章
6
TCP/IP服务与 WWW安全
第七章
7
防火墙的构造与选择
第八章
8
计算机病毒及其防治技术
第九章
9
安全通信协议与交易协议
第十章
10
系统入侵的鉴别与防御
第十一章
11
电子邮件安全协议与系统设计
第十三章
第十 六 章 12 计算机软件综合保护方法
第三章 数字签名技术与应用
3.1 数字签名的基本原理。
3.2 几种常用的数字签名技术。
3.3 美国数字签名标准 (DSS)。
3.1 数字签名的基本原理
?数字签名的要求
（ 1） 收方能够确认或证实发方的签名, 但不能伪造 。
（ 2） 发方发出签名的消息送收方后, 就不能再否认他
所签发的信息 。
（ 3） 收方对已收到的签名消息不能否认, 即有收到认
证 。
（ 4） 第三者可以确认收发双方之间的消息传送, 但不
能伪造这一过程 。
数字签名 (Digital Signature),
指发送者根据消息产生摘要，并对摘要用自身的签名
私钥进行加密。消息和用自身签名私钥加密的数字摘
要组合成数字签名。
?数字签名 的定义
数字签名的作用
? 验证消息发送方的身份
? 验证消息内容的完整性
?数字签名与手工签名的区别
?数字签名 —— 数字的, 因消息而异
?手工签名 —— 模拟的, 因人而异
?数字签名与消息认证的区别
?数字签名 —— 第三者可以确认收发双方的消息传送
?消息认证 —— 只有收发双方才能确认消息的传送
?数字签名的分类
?对整个消息的签名
?对压缩消息的签名
若按明、密文的对应关系划分，每一种又可分为,
?确定性数字签名,明文与密文一一对应, 它对一特定
消息的签名不变化 。
?随机化或概率式数字签名,它对同一消息的签名是随
机变化的, 取决于签名算法中的随机参数和取值 。
?数字签名的组成
?签名算法 —— 秘密的
?验证算法 —— 公开的
对 M的签名可简记为,
Sig（ M） =s 或 Sigk（ M） 或 Sigk（ M,k）
一个签名体制可由量 （ M,S,K,V） 表示,
? M是明文空间
? S是签名的集合
? K是密钥空间
? V证实函数的值域，由真、伪组成
?数字签名的验证
签名算法,s=Sigk（ m） ∈ S
验证算法,Verk(s,m) ∈ {真, 伪 }
验证签名的真伪,
3.2 几种常用的数字签名技术
（ 1） RSA签名
（ 2） ElGamal签名
（ 3） 盲签名
（ 4） 多重签名
（ 5） 代理签名
（ 1） RSA签名
RSA算法不仅可用于信息加密, 还可用于数字签名。
RSA算法的理论基础,
?大数分解,两个大素数相乘在计算上是容易实现的
，但将该乘积分解为两个大素数因子的计算量却相当
巨大。
?素数检测,素数检测就是判定一个给定的正整数是
否为素数。
RSA签名的具体过程
RSA签名的过程,设计密钥，设计签名，验证签名
（ 1）设计密钥：先选取两个互素的大素数 P和 Q,令 N=P× Q,
z=(P-1) × (Q-1),接着寻求加密密钥 e,使 e满足（ e,?(N)） =1，
另外，再寻找解密密钥 d,使其满足 gcd (d,z)=1,e× d=1(mod z)
。 这里的（ N,e） 就是公开的加密密钥。（ N,d） 就是私钥。
（ 2） 设计签名：对消息 M进行签名, 其签名过程是,
S=Sig（ M） =Md (mod N)
（ 3） 验证签名：对 S按下式进行验证,
M’ =Se (mod N),如果 M=M’, 则签名为真
RSA签名举例
（ 1）若 Bob选择了 p=11和 q＝ 13
（ 2） 那么,n=11 × 13=143,? (n)=10× 12＝ 120
（ 3） 再选取一个与 z=120互质的数,例如 e=7
（ 4） 找到 一个值 d=103满足 e× d=1 mod z （ 7× 103=721除
以 120余 1）
（ 5）（ 143,7） 为公钥，（ 143,103）为私钥。
（ 6） Bob在一个目录中公开公钥,n=143和 e=7
（ 7） 现假设 Bob想发送消息 85给 Alice,他用自己的密钥
（ d=103） 进行签名,85103(mod 143)=6,于是发送消息 85
和签名 6给 Alice
（ 8）当 Alice接收到消息 85和签名 6时，用 Bob公开的公钥
（ e＝ 7） 进行验证,67（ mod 143)=85,跟 Bob发送的消息
一致，于是确定该消息是由 Bob所发送，且没有被修改。
?相同点
RSA签名和 RSA加密的异同点
都使用一对密钥：公钥和私钥
?不同点
RSA加密, 用 公钥 加密, 用 私钥 解密
RSA签名：用私钥签名, 用公钥验证
（ 2） ElGamal签名
ElGamal算法由 T.ElGamal在 1985年提出，其修正形式
已被美国 NIST作为数字签名标准（ DSS）。
ElGamal算法既可用于信息加密,也 可用于数字签名。
ElGamal算法的理论基础,
?求解离散对数的困难性,
求解离散对数是模指数运算的逆过程，例如求 x,使
得 x满足 3x (mod 17)=15
对于素数域上寻求离散对数的复杂性等同于对大整数
n进行因子分解的复杂性
ElGamal签名的过程
ElGamal签名的过程,设计密钥，设计签名，验证签名
（ 1）设计密钥,首先选择一个素数 p,两个随机数,g和 x,g,x <
p,计算 y = g^x ( mod p ),则其公钥为 y,g 和 p。 私钥是 x。
（ 2） 设计签名：对消息 M进行签名, 其签名过程是,
先选择一个随机数 k,k与 p-1互质, 计算 r=g^k ( mod p )
S=(H(M)-xr) k-1(mod p-1),则签名 S=Sig(M,k)=(M,r,s)
（ 3） 验证签名：对 S按下式进行验证,
yk rs= gH(M) (mod p),如果相等, 则签名为真
对同一消息 M,由于随机数 k不同而有不同的签名值
（ M,r,s）
（ 3）盲签名
盲签名（ blind signature） 是一种允许一个人让另
一个人签署文档，而第一个人不向签名者泄露任何关于
文档内容的技术。
盲签名的过程,
（ 1） Alice将文件 M乘一个随机数得 M’,这个随机数通常称
为盲因子, Alice将盲消息 M’送给 Bob；
（ 2） Bob在 M’上签名后, 将其签名 Sig（ M’） 送回 Alice；
（ 3） Alice通过除去盲因子，可从 Bob关于 M’的签名 Sig（
M’） 中得到 Bob关于原始文件 M的签名 Sig（ M）。
（ 4）多重签名
多重数字签名的目的是将多个人的数字签名汇总成一
个签名数据进行传送, 签名收方只需验证一个签名便可
确认多个人的签名 。
设 U1,U2,?, Un为 n个签名者, 他们的密钥分别为 xi,相应
的公钥为 yi=gxi mod p（ i=1,2,?, n） 。
他们所形成的对消息 m的 n个签名分别为 （ ri,si）, 其中
ri=gki mod p和 si=xim+kir mod p-1（ i=1,2,?, n）, 这
里 r＝ ri mod p,形成的签名 （ ri,si） 满足方程 gsi=yimrir
mod p。
n个签名人最后形成的多重签名为,（ m,r,s） =（ m,ri
mod p,Si mod p-1）, 它满足方程 gs=ymrr mod p,其中
y=yi mod p。
（ 5）代理签名
代理签名的目的是当某签名人因公务或身体健康等原
因不能行使签名权力时, 将签名权委派给其他人替自己
行使签名权 。
假设 A委托 B进行代理签名, 则签名必须满足三个最基本的
条件,
（ 1） 签名收方能够像验证 A的签名那样验证 B的签名；
（ 2） A的签名和 B的签名应当完全不同, 并且容易区分；
（ 3） A和 B对签名事实不可否认 。
3.3 美国数字签名标准（ DSS）
? 1994年美国国家标准与技术学会 NIST公布了数
字签名标准 (DSS,Digital Signature Standard )；
? DSS标准采用的算法是 DSA（ Digital Signature
Algorithm ） ；
? DSA算法是 ElGamal算法的改进, 该算法只能
用于数字签名而不能用于加密 。
数字签名应用系统介绍
? Outlook Express的数字签名
利用 Outlook Express,可以收发数字签名邮件,
（ 1） 获取数字凭证 （ Digital ID）,
http://digitalid.verisign.com
（ 2） 使用数字凭证发送签名邮件；
（ 3） 接收方收到后确认邮件发送者且邮件在传送
过程中保持完整 。
第四章 身份认证与访问控制
4.1 身份认证的常用识别法 。
4.2 访问控制。
4.1身份认证的常用识别法
身份认证的定义,
证实客户的真实身份与其所声称的身份是否相符
的过程 。
身份认证的依据,
（ 1） 根据用户知道什么来判断 （ 所知 ）
口令、密码等
（ 2） 根据用户拥有什么来判断 （ 拥有 ）
身份证、护照、门钥匙、磁卡钥匙等
（ 3） 根据用户是什么来判断 （ 特征 ）
指纹、声音、视网膜、签名,DNA等
常用的 身份认证 技术
（ 1） 口令识别法
（ 2） 签名识别法
（ 3） 指纹识别技术
（ 4） 语音识别系统
（ 1） 口令识别法
口令识别是应用最为广泛的身份认证技术。
口令长度,通常为长度为 5~8的字符串。
选择原则,易记、难猜、抗分析能力强。
口令识别的脆弱点,
? 网络窃听
? 重放攻击
? 字典攻击
? 暴力攻击
? 社交工程
不安全口令的分析
?使用用户名（账号）作为口令
?使用用户名（账号）的变换形式作为口令
?使用自己或者亲友的生日作为口令
?使用学号、身份证号、单位内的员工号码等作为口令
?使用常用的英文单词作为口令
安全口令的建议
?口令长度至少要有 8位
?口令应包括大小写字母、数字，或者控制符等
?不要将口令写在电脑上或纸条上
?要养成定期更换口令的习惯 一月一换
?尽量不要在电脑上保存口令
一次性口令
一次性口令（ OTP,One Time Password）,
一次性的主要思路是：在登录过程中加入不确定因素，使每次
登录过程中传送的口令都不相同，以提高登录过程安全性。
一次性口令的特点,
? 概念简单，易于使用
? 基于一个被记忆的密码，不需要任何附加的硬件
? 算法安全
? 不需要存储诸如密钥、口令等敏感信息
一次性口令的原理
基于客户端 /服务器模式
? 客户端：每次登录生成一次性口令；
? 服务器：验证客户端的一次性口令。
一次性口令的安全原理
? 使用一次性口令序列 n次
? 第一个口令 —— 使用单向函数 n次 p(1)=f(f(f(f(s))))
? 第二个口令 —— 使用单向函数 n-1次 p(2)=f(f(f(s)))
? 依次类推
一次性口令产生和验证过程
① 用户输入登录名和相关身份信息 ID。
② 如果系统接受用户的访问, 则给用户传送一次性口令建立所使用
的单向函数 f及一次性密码 k,这种传送通常采用加密方式 。
③ 用户选择, 种子, 密钥 x,并计算第一次访问系统的口令 z=fn（ x
） 。 向第一次正式访问系统所传送的数据为 （ k,z） 。
④ 系统核对 k,若正确, 则将 （ ID,fn（ x）） 保存 。
⑤ 当用户第二次访问系统时, 将 （ ID,fn-1（ x）） 送系统 。 系统计
算 f（ fn-1（ x））, 将其与存储的数据对照, 如果一致, 则接受用户
的访问, 并将 （ ID,fn-1（ x）） 保存 。
⑥ 当用户第三次访问系统时, 将 （ ID,fn-2（ x）） 送系统 。 系统计
算 f（ fn-2（ x））, 将其与存储的数据对照, 如果一致, 则接受用户
的访问, 并保存新计算的数据 。
⑦ 当用户每一次想要登录时，函数相乘的次数只需 -1。
一次性口令系统实例
?1991年, 贝尔通信研究中心（ Bellcore） 首次研制出了
基于一次性口令思想的身份认证系统 S/KEY。
S/KEY最初使用 DES算法,后因安全问题改用 MD4作为其加密
算法。
?FreeBSD操作系统下的一次性口令系统 —— OPIE(One-
time Passwords In Everything)
OPIE使用比 S/KEY的 MD4更为强壮的 MD5算法，因此一般认为
OPIE更为安全。
（ 2） 签名识别法
签名识别 —— 不是能识别出被鉴别的签名是什么字，
而是要能识别出签名的人。
签名识别的方法,
? 根据最后的签名进行识别
? 根据签名的书写过程进行识别
记录签名书写过程的技术
电动绘图仪 —— 使用杠杆控制系统，在绘图笔上配
有水平和垂直两个加速计，同时还配有压力测量计。
签名识别法的使用
?首先提供一定数量的签名
?系统分析签名，提取特征
?通过比较签名，进行身份识别
（ 3） 指纹 识别技术
指纹识别 —— 基于每个人指纹的唯一性和稳定性。
指纹识别的主要技术,
? 现代电子集成制造技术
? 可靠的匹配算法
指纹 取像的几种技术和特点
目前指纹取像主要有三种技术,
光学全反射技术、晶体传感器技术和超声波扫描技术。
?光学全反射技术,利用光的全反射原理
?晶体传感器技术,硅电容传感器
?超声波扫描技术,利用超声波扫描反射原理
指纹取像常用技术的比较
比较项目
光学全反射
硅晶体电容传感 超声波扫描
体积
大
小
中
耐用性
非常耐用
容易损坏
一般
成像能力
干手指差, 汗
多的和稍胀的
手指成像模糊
干手指好, 但汗
多的和稍胀的手
指不能成像
非常好
耗电
较多
较少
较多
成本
低
低
很高
指纹识别技术的优缺点
优点,
（ 1） 是独一无二的特征, 并且它们的复杂度足以提供用于鉴
别的足够特征；
（ 2） 指纹识别的速度很快, 使用非常方便；
（ 3） 识别指纹时, 用户的手指与指纹采集头直接接触, 这是
读取人体生物特征最可靠的方法 。
（ 4） 采集头会更小型化, 并且价格会更低廉 。
缺点,
（ 1） 某些群体的指纹因为指纹特征很少, 故而很难成像；
（ 2） 在犯罪记录中使用指纹, 使得某些人害怕, 将指纹记录
在案, 。
（ 3） 每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用的指纹印
痕, 这些指纹有可能被他人复制 。
（ 4）语音识别 技术
语音识别的要求,
? 创造一个良好的环境
? 规定用户朗读的单词
语音识别 —— 不是能识别出用户说的是什么，而是要
能识别出是谁说的。
语音识别的过程
?首先对用户的语音进行采样；
?系统提取语音特征，得到参考样本；
?通过比较参考样本和语音结果，判别真伪。
语音识别技术的弱点
?要求受测者多次重复语音，分析过程较长；
?语音受人的身体状况和精神状态的影响。
4.2访问控制
访问控制的概念,
确保主体对客体的访问只能是授权的, 未经授权
的访问是不允许的, 而且操作是无效的 。
?主体（ Subject）,或称为发起者 (Initiator),是一个
主动的实体，规定可以访问该资源的实体（通常指用户、
进程、作业等）。
?客体（ Object）,又称作目标（ target),规定需要保
护的资源（所有可供访问的软、硬件资源） 。
?授权（ Authorization),规定可对该资源执行的动作
（例如读、写、执行或拒绝访问）。
访问控制的内容
?保密性控制,保证数据资源不被非法读出；
?完整性控制,保证数据资源不被非法改写或删除；
?有效性控制,保证网络所有客体不被非法主体破坏 。
访问控制的目的
保护被访问的客体安全，在保证安全的前提下最大
限度共享资源。
访问控制的核心
访问控制的核心是 授权控制,既控制不同用户对信息
资源的访问权限。
对授权控制的要求有,
?一致性,也就是对信息资源的控制没有二义性，各
种定义之间不冲突；
?统一性,对所有信息资源进行集中管理，安全政策
统一贯彻；要求有审计功能，对所授权记录可以核查；
尽可能地提供细粒度的控制。
访问控制中的重要概念
?访问控制策略,就是关于在保证系统安全及文件所
有者权益前提下，如何在系统中存取文件或访问信息
的描述，它由一整套严密的规则所组成。
?访问控制机构,则是在系统中具体实施这些策略的
所有功能的集合，这些功能可以通过系统的硬件或软
件来实现。
将访问控制策略与机构分开的好处
1,可以方便地在先不考虑如何实施的情况下，仔细研
究系统的安全需求；
2,可以对不同的访问控制策略进行比较，也可以对实
施同一策略的不同机构进行比较；
3,可以设计一种能够实施各种不同策略的机构，这样
的机构即使是由硬件组成也不影响系统的灵活性。
访问控制策略中的措施
? 自主访问控制（ discretionary policies),又称任意
访问控制，它 允许用户可以自主地在系统中规定
谁可以存取它的资源实体。
所谓自主，是指具有授与某种访问权力的主体（用户）
能够自己决定是否将访问权限授予其他的主体。
? 强制访问控制 (mandatory policies),指 用户的权
限和文件（客体）的安全属性都是固定的，由系
统决定一个用户对某个文件能否实行访问。
所谓, 强制,,是指安全属性由系统管理员人为设置，
或由操作系统自动进行设置，用户不能修改这些属性。
自主访问控制
? 存取许可,定义或改变存取模式，或向其他用户
（主体）传送 。
? 存取模式,规定主体对客体可以进行何种形式的
存取操作。
存取模式主要有,
读、写、执行、空模式等
自主访问控制的实施
?目录表访问控制
?访问控制表（ Access Control List ）
?访问控制矩阵（ Access Control Matrix
目录表访问控制
Obj1
Own
R
W
O
Obj2
R
O
Obj3
R
W
O
UserA
每个主体都附加一个该主体可访问的客体的目录表。
访问控制表（ ACL）
每个客体附加一个它可以访问的主体的明细表 。
userA
Own
R
W
O
userB
R
O
userC
R
W
O
Obj1
访问控制矩阵（ ACM）
任何访问控制策略最终均可被模型化为访问矩阵形式：行
对应于用户，列对应于目标，每个矩阵元素规定了相应的
用户对应于相应的目标被准予的访问许可、实施行为。
目标 x
R,W,Own R,W,Own
目标 y 目标 z
用户 a
用户 b
用户 c
用户 d
R
R
R,W,Own
R,W
R,W
目标
用户
强制访问控制
?强制 —— 安全属性由系统管理员人为设置，或由
操作系统自动地按照严格的安全策略与规则进行设
置，用户和他们的进程不能修改这些属性。
?强制访问控制 —— 指访问发生前，系统通过比较
主体和客体的安全属性来决定主体能否以他所希望
的模式访问一个客体。
强制访问控制
实质 —— 根据安全等级的划分,将主体和客体分级，
然后根据主体和客体的级别标记来决定访问模式。
?级别划分 —— 实体的安全属性可以分为：绝密、
机密、秘密、内部和公开等。
?访问准则 —— 只有当主体的密级高于客体的密级
时，访问才是允许的，否则将拒绝访问。
两种访问控制的特点
自主访问控制
?灵活性
?安全隐患
强制访问控制
?强制性
?限制性
小结
一、数字签名技术与应用
? 数字签名的基本原理。
? 几种常用的数字签名技术。
? 美国数字签名标准 (DSS)。
二、身份认证与访问控制
? 身份认证的常用识别法 。
? 访问控制。
谢 谢！
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电子商务安全的现状与趋势
第一章
2
信息加密技术与应用
第三章
3
数字签名技术与应用
第四章
4
身份认证与访问控制
第五章
5
密钥管理与数字证书
第六章
6
TCP/IP服务与 WWW安全
第七章
7
防火墙的构造与选择
第八章
8
计算机病毒及其防治技术
第九章
9
安全通信协议与交易协议
第十章
10
系统入侵的鉴别与防御
第十一章
11
电子邮件安全协议与系统设计
第十三章
第十 六 章 12 计算机软件综合保护方法
第三章 数字签名技术与应用
3.1 数字签名的基本原理。
3.2 几种常用的数字签名技术。
3.3 美国数字签名标准 (DSS)。
3.1 数字签名的基本原理
?数字签名的要求
（ 1） 收方能够确认或证实发方的签名, 但不能伪造 。
（ 2） 发方发出签名的消息送收方后, 就不能再否认他
所签发的信息 。
（ 3） 收方对已收到的签名消息不能否认, 即有收到认
证 。
（ 4） 第三者可以确认收发双方之间的消息传送, 但不
能伪造这一过程 。
数字签名 (Digital Signature),
指发送者根据消息产生摘要，并对摘要用自身的签名
私钥进行加密。消息和用自身签名私钥加密的数字摘
要组合成数字签名。
?数字签名 的定义
数字签名的作用
? 验证消息发送方的身份
? 验证消息内容的完整性
?数字签名与手工签名的区别
?数字签名 —— 数字的, 因消息而异
?手工签名 —— 模拟的, 因人而异
?数字签名与消息认证的区别
?数字签名 —— 第三者可以确认收发双方的消息传送
?消息认证 —— 只有收发双方才能确认消息的传送
?数字签名的分类
?对整个消息的签名
?对压缩消息的签名
若按明、密文的对应关系划分，每一种又可分为,
?确定性数字签名,明文与密文一一对应, 它对一特定
消息的签名不变化 。
?随机化或概率式数字签名,它对同一消息的签名是随
机变化的, 取决于签名算法中的随机参数和取值 。
?数字签名的组成
?签名算法 —— 秘密的
?验证算法 —— 公开的
对 M的签名可简记为,
Sig（ M） =s 或 Sigk（ M） 或 Sigk（ M,k）
一个签名体制可由量 （ M,S,K,V） 表示,
? M是明文空间
? S是签名的集合
? K是密钥空间
? V证实函数的值域，由真、伪组成
?数字签名的验证
签名算法,s=Sigk（ m） ∈ S
验证算法,Verk(s,m) ∈ {真, 伪 }
验证签名的真伪,
3.2 几种常用的数字签名技术
（ 1） RSA签名
（ 2） ElGamal签名
（ 3） 盲签名
（ 4） 多重签名
（ 5） 代理签名
（ 1） RSA签名
RSA算法不仅可用于信息加密, 还可用于数字签名。
RSA算法的理论基础,
?大数分解,两个大素数相乘在计算上是容易实现的
，但将该乘积分解为两个大素数因子的计算量却相当
巨大。
?素数检测,素数检测就是判定一个给定的正整数是
否为素数。
RSA签名的具体过程
RSA签名的过程,设计密钥，设计签名，验证签名
（ 1）设计密钥：先选取两个互素的大素数 P和 Q,令 N=P× Q,
z=(P-1) × (Q-1),接着寻求加密密钥 e,使 e满足（ e,?(N)） =1，
另外，再寻找解密密钥 d,使其满足 gcd (d,z)=1,e× d=1(mod z)
。 这里的（ N,e） 就是公开的加密密钥。（ N,d） 就是私钥。
（ 2） 设计签名：对消息 M进行签名, 其签名过程是,
S=Sig（ M） =Md (mod N)
（ 3） 验证签名：对 S按下式进行验证,
M’ =Se (mod N),如果 M=M’, 则签名为真
RSA签名举例
（ 1）若 Bob选择了 p=11和 q＝ 13
（ 2） 那么,n=11 × 13=143,? (n)=10× 12＝ 120
（ 3） 再选取一个与 z=120互质的数,例如 e=7
（ 4） 找到 一个值 d=103满足 e× d=1 mod z （ 7× 103=721除
以 120余 1）
（ 5）（ 143,7） 为公钥，（ 143,103）为私钥。
（ 6） Bob在一个目录中公开公钥,n=143和 e=7
（ 7） 现假设 Bob想发送消息 85给 Alice,他用自己的密钥
（ d=103） 进行签名,85103(mod 143)=6,于是发送消息 85
和签名 6给 Alice
（ 8）当 Alice接收到消息 85和签名 6时，用 Bob公开的公钥
（ e＝ 7） 进行验证,67（ mod 143)=85,跟 Bob发送的消息
一致，于是确定该消息是由 Bob所发送，且没有被修改。
?相同点
RSA签名和 RSA加密的异同点
都使用一对密钥：公钥和私钥
?不同点
RSA加密, 用 公钥 加密, 用 私钥 解密
RSA签名：用私钥签名, 用公钥验证
（ 2） ElGamal签名
ElGamal算法由 T.ElGamal在 1985年提出，其修正形式
已被美国 NIST作为数字签名标准（ DSS）。
ElGamal算法既可用于信息加密,也 可用于数字签名。
ElGamal算法的理论基础,
?求解离散对数的困难性,
求解离散对数是模指数运算的逆过程，例如求 x,使
得 x满足 3x (mod 17)=15
对于素数域上寻求离散对数的复杂性等同于对大整数
n进行因子分解的复杂性
ElGamal签名的过程
ElGamal签名的过程,设计密钥，设计签名，验证签名
（ 1）设计密钥,首先选择一个素数 p,两个随机数,g和 x,g,x <
p,计算 y = g^x ( mod p ),则其公钥为 y,g 和 p。 私钥是 x。
（ 2） 设计签名：对消息 M进行签名, 其签名过程是,
先选择一个随机数 k,k与 p-1互质, 计算 r=g^k ( mod p )
S=(H(M)-xr) k-1(mod p-1),则签名 S=Sig(M,k)=(M,r,s)
（ 3） 验证签名：对 S按下式进行验证,
yk rs= gH(M) (mod p),如果相等, 则签名为真
对同一消息 M,由于随机数 k不同而有不同的签名值
（ M,r,s）
（ 3）盲签名
盲签名（ blind signature） 是一种允许一个人让另
一个人签署文档，而第一个人不向签名者泄露任何关于
文档内容的技术。
盲签名的过程,
（ 1） Alice将文件 M乘一个随机数得 M’,这个随机数通常称
为盲因子, Alice将盲消息 M’送给 Bob；
（ 2） Bob在 M’上签名后, 将其签名 Sig（ M’） 送回 Alice；
（ 3） Alice通过除去盲因子，可从 Bob关于 M’的签名 Sig（
M’） 中得到 Bob关于原始文件 M的签名 Sig（ M）。
（ 4）多重签名
多重数字签名的目的是将多个人的数字签名汇总成一
个签名数据进行传送, 签名收方只需验证一个签名便可
确认多个人的签名 。
设 U1,U2,?, Un为 n个签名者, 他们的密钥分别为 xi,相应
的公钥为 yi=gxi mod p（ i=1,2,?, n） 。
他们所形成的对消息 m的 n个签名分别为 （ ri,si）, 其中
ri=gki mod p和 si=xim+kir mod p-1（ i=1,2,?, n）, 这
里 r＝ ri mod p,形成的签名 （ ri,si） 满足方程 gsi=yimrir
mod p。
n个签名人最后形成的多重签名为,（ m,r,s） =（ m,ri
mod p,Si mod p-1）, 它满足方程 gs=ymrr mod p,其中
y=yi mod p。
（ 5）代理签名
代理签名的目的是当某签名人因公务或身体健康等原
因不能行使签名权力时, 将签名权委派给其他人替自己
行使签名权 。
假设 A委托 B进行代理签名, 则签名必须满足三个最基本的
条件,
（ 1） 签名收方能够像验证 A的签名那样验证 B的签名；
（ 2） A的签名和 B的签名应当完全不同, 并且容易区分；
（ 3） A和 B对签名事实不可否认 。
3.3 美国数字签名标准（ DSS）
? 1994年美国国家标准与技术学会 NIST公布了数
字签名标准 (DSS,Digital Signature Standard )；
? DSS标准采用的算法是 DSA（ Digital Signature
Algorithm ） ；
? DSA算法是 ElGamal算法的改进, 该算法只能
用于数字签名而不能用于加密 。
数字签名应用系统介绍
? Outlook Express的数字签名
利用 Outlook Express,可以收发数字签名邮件,
（ 1） 获取数字凭证 （ Digital ID）,
http://digitalid.verisign.com
（ 2） 使用数字凭证发送签名邮件；
（ 3） 接收方收到后确认邮件发送者且邮件在传送
过程中保持完整 。
第四章 身份认证与访问控制
4.1 身份认证的常用识别法 。
4.2 访问控制。
4.1身份认证的常用识别法
身份认证的定义,
证实客户的真实身份与其所声称的身份是否相符
的过程 。
身份认证的依据,
（ 1） 根据用户知道什么来判断 （ 所知 ）
口令、密码等
（ 2） 根据用户拥有什么来判断 （ 拥有 ）
身份证、护照、门钥匙、磁卡钥匙等
（ 3） 根据用户是什么来判断 （ 特征 ）
指纹、声音、视网膜、签名,DNA等
常用的 身份认证 技术
（ 1） 口令识别法
（ 2） 签名识别法
（ 3） 指纹识别技术
（ 4） 语音识别系统
（ 1） 口令识别法
口令识别是应用最为广泛的身份认证技术。
口令长度,通常为长度为 5~8的字符串。
选择原则,易记、难猜、抗分析能力强。
口令识别的脆弱点,
? 网络窃听
? 重放攻击
? 字典攻击
? 暴力攻击
? 社交工程
不安全口令的分析
?使用用户名（账号）作为口令
?使用用户名（账号）的变换形式作为口令
?使用自己或者亲友的生日作为口令
?使用学号、身份证号、单位内的员工号码等作为口令
?使用常用的英文单词作为口令
安全口令的建议
?口令长度至少要有 8位
?口令应包括大小写字母、数字，或者控制符等
?不要将口令写在电脑上或纸条上
?要养成定期更换口令的习惯 一月一换
?尽量不要在电脑上保存口令
一次性口令
一次性口令（ OTP,One Time Password）,
一次性的主要思路是：在登录过程中加入不确定因素，使每次
登录过程中传送的口令都不相同，以提高登录过程安全性。
一次性口令的特点,
? 概念简单，易于使用
? 基于一个被记忆的密码，不需要任何附加的硬件
? 算法安全
? 不需要存储诸如密钥、口令等敏感信息
一次性口令的原理
基于客户端 /服务器模式
? 客户端：每次登录生成一次性口令；
? 服务器：验证客户端的一次性口令。
一次性口令的安全原理
? 使用一次性口令序列 n次
? 第一个口令 —— 使用单向函数 n次 p(1)=f(f(f(f(s))))
? 第二个口令 —— 使用单向函数 n-1次 p(2)=f(f(f(s)))
? 依次类推
一次性口令产生和验证过程
① 用户输入登录名和相关身份信息 ID。
② 如果系统接受用户的访问, 则给用户传送一次性口令建立所使用
的单向函数 f及一次性密码 k,这种传送通常采用加密方式 。
③ 用户选择, 种子, 密钥 x,并计算第一次访问系统的口令 z=fn（ x
） 。 向第一次正式访问系统所传送的数据为 （ k,z） 。
④ 系统核对 k,若正确, 则将 （ ID,fn（ x）） 保存 。
⑤ 当用户第二次访问系统时, 将 （ ID,fn-1（ x）） 送系统 。 系统计
算 f（ fn-1（ x））, 将其与存储的数据对照, 如果一致, 则接受用户
的访问, 并将 （ ID,fn-1（ x）） 保存 。
⑥ 当用户第三次访问系统时, 将 （ ID,fn-2（ x）） 送系统 。 系统计
算 f（ fn-2（ x））, 将其与存储的数据对照, 如果一致, 则接受用户
的访问, 并保存新计算的数据 。
⑦ 当用户每一次想要登录时，函数相乘的次数只需 -1。
一次性口令系统实例
?1991年, 贝尔通信研究中心（ Bellcore） 首次研制出了
基于一次性口令思想的身份认证系统 S/KEY。
S/KEY最初使用 DES算法,后因安全问题改用 MD4作为其加密
算法。
?FreeBSD操作系统下的一次性口令系统 —— OPIE(One-
time Passwords In Everything)
OPIE使用比 S/KEY的 MD4更为强壮的 MD5算法，因此一般认为
OPIE更为安全。
（ 2） 签名识别法
签名识别 —— 不是能识别出被鉴别的签名是什么字，
而是要能识别出签名的人。
签名识别的方法,
? 根据最后的签名进行识别
? 根据签名的书写过程进行识别
记录签名书写过程的技术
电动绘图仪 —— 使用杠杆控制系统，在绘图笔上配
有水平和垂直两个加速计，同时还配有压力测量计。
签名识别法的使用
?首先提供一定数量的签名
?系统分析签名，提取特征
?通过比较签名，进行身份识别
（ 3） 指纹 识别技术
指纹识别 —— 基于每个人指纹的唯一性和稳定性。
指纹识别的主要技术,
? 现代电子集成制造技术
? 可靠的匹配算法
指纹 取像的几种技术和特点
目前指纹取像主要有三种技术,
光学全反射技术、晶体传感器技术和超声波扫描技术。
?光学全反射技术,利用光的全反射原理
?晶体传感器技术,硅电容传感器
?超声波扫描技术,利用超声波扫描反射原理
指纹取像常用技术的比较
比较项目
光学全反射
硅晶体电容传感 超声波扫描
体积
大
小
中
耐用性
非常耐用
容易损坏
一般
成像能力
干手指差, 汗
多的和稍胀的
手指成像模糊
干手指好, 但汗
多的和稍胀的手
指不能成像
非常好
耗电
较多
较少
较多
成本
低
低
很高
指纹识别技术的优缺点
优点,
（ 1） 是独一无二的特征, 并且它们的复杂度足以提供用于鉴
别的足够特征；
（ 2） 指纹识别的速度很快, 使用非常方便；
（ 3） 识别指纹时, 用户的手指与指纹采集头直接接触, 这是
读取人体生物特征最可靠的方法 。
（ 4） 采集头会更小型化, 并且价格会更低廉 。
缺点,
（ 1） 某些群体的指纹因为指纹特征很少, 故而很难成像；
（ 2） 在犯罪记录中使用指纹, 使得某些人害怕, 将指纹记录
在案, 。
（ 3） 每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用的指纹印
痕, 这些指纹有可能被他人复制 。
（ 4）语音识别 技术
语音识别的要求,
? 创造一个良好的环境
? 规定用户朗读的单词
语音识别 —— 不是能识别出用户说的是什么，而是要
能识别出是谁说的。
语音识别的过程
?首先对用户的语音进行采样；
?系统提取语音特征，得到参考样本；
?通过比较参考样本和语音结果，判别真伪。
语音识别技术的弱点
?要求受测者多次重复语音，分析过程较长；
?语音受人的身体状况和精神状态的影响。
4.2访问控制
访问控制的概念,
确保主体对客体的访问只能是授权的, 未经授权
的访问是不允许的, 而且操作是无效的 。
?主体（ Subject）,或称为发起者 (Initiator),是一个
主动的实体，规定可以访问该资源的实体（通常指用户、
进程、作业等）。
?客体（ Object）,又称作目标（ target),规定需要保
护的资源（所有可供访问的软、硬件资源） 。
?授权（ Authorization),规定可对该资源执行的动作
（例如读、写、执行或拒绝访问）。
访问控制的内容
?保密性控制,保证数据资源不被非法读出；
?完整性控制,保证数据资源不被非法改写或删除；
?有效性控制,保证网络所有客体不被非法主体破坏 。
访问控制的目的
保护被访问的客体安全，在保证安全的前提下最大
限度共享资源。
访问控制的核心
访问控制的核心是 授权控制,既控制不同用户对信息
资源的访问权限。
对授权控制的要求有,
?一致性,也就是对信息资源的控制没有二义性，各
种定义之间不冲突；
?统一性,对所有信息资源进行集中管理，安全政策
统一贯彻；要求有审计功能，对所授权记录可以核查；
尽可能地提供细粒度的控制。
访问控制中的重要概念
?访问控制策略,就是关于在保证系统安全及文件所
有者权益前提下，如何在系统中存取文件或访问信息
的描述，它由一整套严密的规则所组成。
?访问控制机构,则是在系统中具体实施这些策略的
所有功能的集合，这些功能可以通过系统的硬件或软
件来实现。
将访问控制策略与机构分开的好处
1,可以方便地在先不考虑如何实施的情况下，仔细研
究系统的安全需求；
2,可以对不同的访问控制策略进行比较，也可以对实
施同一策略的不同机构进行比较；
3,可以设计一种能够实施各种不同策略的机构，这样
的机构即使是由硬件组成也不影响系统的灵活性。
访问控制策略中的措施
? 自主访问控制（ discretionary policies),又称任意
访问控制，它 允许用户可以自主地在系统中规定
谁可以存取它的资源实体。
所谓自主，是指具有授与某种访问权力的主体（用户）
能够自己决定是否将访问权限授予其他的主体。
? 强制访问控制 (mandatory policies),指 用户的权
限和文件（客体）的安全属性都是固定的，由系
统决定一个用户对某个文件能否实行访问。
所谓, 强制,,是指安全属性由系统管理员人为设置，
或由操作系统自动进行设置，用户不能修改这些属性。
自主访问控制
? 存取许可,定义或改变存取模式，或向其他用户
（主体）传送 。
? 存取模式,规定主体对客体可以进行何种形式的
存取操作。
存取模式主要有,
读、写、执行、空模式等
自主访问控制的实施
?目录表访问控制
?访问控制表（ Access Control List ）
?访问控制矩阵（ Access Control Matrix
目录表访问控制
Obj1
Own
R
W
O
Obj2
R
O
Obj3
R
W
O
UserA
每个主体都附加一个该主体可访问的客体的目录表。
访问控制表（ ACL）
每个客体附加一个它可以访问的主体的明细表 。
userA
Own
R
W
O
userB
R
O
userC
R
W
O
Obj1
访问控制矩阵（ ACM）
任何访问控制策略最终均可被模型化为访问矩阵形式：行
对应于用户，列对应于目标，每个矩阵元素规定了相应的
用户对应于相应的目标被准予的访问许可、实施行为。
目标 x
R,W,Own R,W,Own
目标 y 目标 z
用户 a
用户 b
用户 c
用户 d
R
R
R,W,Own
R,W
R,W
目标
用户
强制访问控制
?强制 —— 安全属性由系统管理员人为设置，或由
操作系统自动地按照严格的安全策略与规则进行设
置，用户和他们的进程不能修改这些属性。
?强制访问控制 —— 指访问发生前，系统通过比较
主体和客体的安全属性来决定主体能否以他所希望
的模式访问一个客体。
强制访问控制
实质 —— 根据安全等级的划分,将主体和客体分级，
然后根据主体和客体的级别标记来决定访问模式。
?级别划分 —— 实体的安全属性可以分为：绝密、
机密、秘密、内部和公开等。
?访问准则 —— 只有当主体的密级高于客体的密级
时，访问才是允许的，否则将拒绝访问。
两种访问控制的特点
自主访问控制
?灵活性
?安全隐患
强制访问控制
?强制性
?限制性
小结
一、数字签名技术与应用
? 数字签名的基本原理。
? 几种常用的数字签名技术。
? 美国数字签名标准 (DSS)。
二、身份认证与访问控制
? 身份认证的常用识别法 。
? 访问控制。
谢 谢！
