Python实现数字签名
1. 简介
数字签名是一种用于验证数据完整性和身份认证的技术。在应用程序中，数字签名可以确保数据在传输过程中不被篡改，并验证数据发送方的身份。本文将教会你如何使用Python实现数字签名。
2. 流程图
下面是实现数字签名的整个过程的流程图：
flowchart TD
subgraph 创建密钥对
A[生成RSA密钥对] --> B[保存私钥和公钥]
end
subgraph 数字签名
C[生成数据的哈希值] --> D[使用私钥对哈希值进行加密] --> E[将密文和原始数据一起发送]
end
subgraph 验证签名
F[接收数据和密文] --> G[使用公钥对密文进行解密] --> H[生成接收到的数据的哈希值] --> I[比较哈希值]
end
3. 创建密钥对
在数字签名的过程中，使用RSA算法生成密钥对。密钥对由一个私钥和一个公钥组成。
3.1 生成RSA密钥对
使用cryptography库生成RSA密钥对：
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import rsa
from cryptography.hazmat.primitives import serialization
private_key = rsa.generate_private_key(
public_exponent=65537,
key_size=2048
)
public_key = private_key.public_key()
private_pem = private_key.private_bytes(
encoding=serialization.Encoding.PEM,
format=serialization.PrivateFormat.PKCS8,
encryption_algorithm=serialization.NoEncryption()
)
public_pem = public_key.public_bytes(
encoding=serialization.Encoding.PEM,
format=serialization.PublicFormat.SubjectPublicKeyInfo
)
with open('private_key.pem', 'wb') as f:
f.write(private_pem)
with open('public_key.pem', 'wb') as f:
f.write(public_pem)
上述代码生成了一个2048位的RSA私钥和对应的公钥，并将它们保存到private_key.pem和public_key.pem文件中。
4. 数字签名
数字签名的过程包括生成数据的哈希值和使用私钥对哈希值进行加密。
4.1 生成数据的哈希值
使用哈希算法对数据进行散列，生成数据的哈希值。常用的哈希算法有SHA-256、SHA-384等。
import hashlib
data = "Hello, world!"
hash_value = hashlib.sha256(data.encode()).digest()
上述代码使用SHA-256算法对数据进行哈希，并将哈希值存储在hash_value变量中。
4.2 使用私钥对哈希值进行加密
使用私钥对数据的哈希值进行加密，生成数字签名。
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
with open('private_key.pem', 'rb') as f:
private_pem = f.read()
private_key = serialization.load_pem_private_key(
private_pem,
password=None
)
signature = private_key.sign(
hash_value,
padding.PSS(
mgf=padding.MGF1(hashes.SHA256()),
salt_length=padding.PSS.MAX_LENGTH
),
hashes.SHA256()
)
上述代码首先加载私钥并将其存储在private_key变量中，然后使用私钥对哈希值进行加密，生成数字签名。
5. 验证签名
验证签名的过程包括使用公钥对密文进行解密，生成接收到的数据的哈希值，并比较哈希值。
5.1 接收数据和密文
接收到数据和数字签名。
received_data = "Hello, world!"
received_signature = signature
上述代码用received_data和received_signature分别表示接收到的数据和数字签名。
5.2 使用公钥对密文进行解密
使用公钥对数字签名进行解密，得到数据的哈希值。
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric import padding
with open('public_key.pem', 'rb') as f:
public_pem = f.read()
public_key = serialization.load_pem_public_key(
public_pem
)
hash_value
