DSA签名与验证——使用openssl编程

和手写签名一样，数字签名可以为我们验证文档的作者、签名的时间，从而鉴明消息的内容是真实可靠的。它的目的和MAC类似，只是使用的是公钥加密体系。

和RSA加密解密过程相反，在DSA数字签名和认证中，发送者使用自己的私钥对文件或消息进行签名，接受者收到消息后使用发送者的公钥来验证签名的真实性。这个方法完全可以基于RSA来实现，但是在DSA中，我们会更有效率地做这件事情。

最直接的想法是，直接对消息m进行签名。假设发送者的公钥为K+，私钥为K-，即将K-(m)发送给消息接收者，在接收方执行验证 m = K+(K-(m))。然而我们知道，非对称密钥体系一个最大的缺点就是速度很慢，如果我们需要传送一个1G大小的文件，则加密解密签名验证都需要耗费大量的时间。于是，我们想到，可以使用一个哈希函数对消息进行摘要，对摘要进行签名和验证，就快多了。

DSS是美国国家标准局和国家安全局在90年代初期通过的一项标准，它使用了SHA哈希函数生成摘要。DSA只是一种算法，和RSA不同之处在于它不能用作加密和解密，也不能进行密钥交换，只用于签名。它比RSA要快很多。

下面是使用openssl进行DSA签名和验证的示例程序：

/*
* dsa.cc
* - Show the usage of DSA sign/verify
*/

#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char** argv) {
    DSA* dsa;
    unsigned char* input_string;
    unsigned char* sign_string;
    unsigned int sig_len;
    unsigned int i;

    // check usage
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "%s \n", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    // set the input string
    input_string = (unsigned char*)calloc(strlen(argv[1]) + 1,
            sizeof(unsigned char));
    if (input_string == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for input_string\n");
        exit(-1);
    }
    strncpy((char*)input_string, argv[1], strlen(argv[1]));
    
    // Generate random DSA parameters with 1024 bits 
    dsa = DSA_generate_parameters(1024, NULL, 0, NULL, NULL, NULL, NULL);
    
    // Generate DSA keys
    DSA_generate_key(dsa);

    // alloc sign_string
    sign_string = (unsigned char*)calloc(DSA_size(dsa), sizeof(unsigned char));    
    if (sign_string == NULL) {
        fprintf(stderr, "Unable to allocate memory for sign_string\n");
        exit(-1);
    }

    // sign input_string
    if (DSA_sign(0, input_string, strlen((char*)input_string),
                sign_string, &sig_len, dsa) == 0) {
        fprintf(stderr, "Sign Error.\n");
        exit(-1);
    }

    // verify signature and input_string
    int is_valid_signature = DSA_verify(0, 
            input_string, strlen((char*)input_string), 
            sign_string, sig_len, dsa);

    // print
    DSAparams_print_fp(stdout, dsa);
    printf("input_string = %s\n", input_string);
    printf("signed string = ");
    for (i=0; i> 4) & 0xf, 
                sign_string[i] & 0xf);    
    }
    printf("\n");
    printf("is_valid_signature? = %d\n", is_valid_signature);

    return 0;
}

编译Makefile:

CC=g++
CFLAGS=-Wall -g -O2
LIBS=-lcrypto

all: dsa

dsa: dsa.cc
    $(CC) $(CFLAGS) dsa.cc -o $@ $(LIBS)

clean:
    @rm -f dsa