Python工具箱系列(十九)

有了非对称密钥、摘要、对称密钥等现代密码学算法与技术，是不是就能够保证通信的安全无虞呢，并不是。

密码学在互联网应用的四个目标：机密性、完整性、身份验证、防抵赖。到目前为止，我们讨论的技术中，其中防抵赖的目标并没有达到。

假设A、B、C三个人共享一个对称加密算法密钥，现在A和B互相通信，A和B一直认为是双方在发送消息。由于C也有同样的密钥，它可以拦截A发往B的消息，然后篡改消息并用同样的密钥加密后发送给B, B能够正确解密，但是该消息其实已经被篡改。

同样的场景，A、B、C三个人共享一个对称加密算法密钥，A向B发送了一条消息，但是A可以抵赖说这条消息并不是他发送的，理由就是C也有同样的密钥，这条加密消息可能是C发送给B的，B无法向第三方证明是A给他发送了消息。

在公开密钥算法中，如果算法用于加密解密，也同样不能防止抵赖，以RSA加密算法举例，由于RSA的公钥是完全公开的，RSA私钥拥有者虽然能够解密，但是并不能确认是哪个客户端发送的消息，同理任何人都可以抵赖。

抵赖出现的根本原因就在于通信双方无法确认对方的身份，也就是不能进行身份验证，那么在密码学中有没有对应的解决方案呢？可以使用数字签名技术防抵赖。

在现实世界中，有哪些行为或者约定可以防止人抵赖呢？最明显的就是合同，合同一般需要人签字或者按指纹，考虑签字可以模仿伪造，这里重点用指纹签署的合同来解释。合同一旦由指纹签署了，就可以被复印多份。有了合同，合同签署人就无法否认合同的合法性，原因就在于法律规定，指纹具备唯一性，每个人的指纹是不同的，或者说指纹就代表了一个人。

回到密码学中，如果一个消息也含有特殊的指纹，是否就可以实现防抵赖呢。事实正是如此，在RSA密钥对中，私钥只有密钥对的生成者持有，如果不考虑密钥泄露的问题，私钥拥有者使用密钥（注意不是加密操作）签署一条消息，然后发送给任意的接收方，接收方只要拥有私钥对应的公钥，就能成功反解签署消息，由于只有私钥持有者才能“签署”消息，不能抵赖说这条签署消息不是他发送的，这就是数字签名技术的基本原理。

以下代码显示了签名的过程：

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as PKCS1_signature
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as PKCS1_cipher

def get_key(key_file):
  with open(key_file) as f:
    data = f.read()
    key = RSA.importKey(data)
  return key


def rsa_private_sign(data,key):
  signer = PKCS1_signature.new(key)
  digest = SHA.new()
  digest.update(data.encode(\"utf8\"))
  sign = signer.sign(digest)
  signature = base64.b64encode(sign)
  signature = signature.decode(\'utf-8\')
  return signature

private_key = get_key(\'demo_private_key.pem\')
with open(\"poetry.txt\", \"r\", encoding=\'utf-8\') as input_file:
  data = input_file.read()
  sign = rsa_private_sign(data,private_key)
  fo = open(\"sign.txt\",\"w\")
  fo.write(sign)

运行后，将对poetry.txt进行签名，生成签名文件sign.txt。随后使用公共信道将两个文件同时传出，接收方使用这两个文件来验证是否发生了篡改。

相关代码如下所示：

import base64
from Crypto.PublicKey import RSA
from Crypto.Hash import SHA
from Crypto.Signature import PKCS1_v1_5 as PKCS1_signature
from Crypto.Cipher import PKCS1_v1_5 as PKCS1_cipher

def get_key(key_file):
  with open(key_file) as f:
    data = f.read()
    key = RSA.importKey(data)
  return key

def rsa_public_check_sign(text, sign):
  publick_key = get_key(\'demo_public_key.pem\')
  verifier = PKCS1_signature.new(publick_key)
  digest = SHA.new()
  digest.update(text.encode(\"utf8\"))
  return verifier.verify(digest, base64.b64decode(sign))

public_key = get_key(\'demo_public_key.pem\')
with open(\"poetry.txt\", \"r\", encoding=\'utf-8\') as input_file:
  data = input_file.read()
  signfile = open(\"sign.txt\",\"r\")
  sign = signfile.read()
  print(rsa_public_check_sign(data,sign))

with open(\"poetry-modify.txt\", \"r\", encoding=\'utf-8\') as input_file:
  data = input_file.read()
  signfile = open(\"sign.txt\",\"r\")
  sign = signfile.read()
  print(rsa_public_check_sign(data,sign))

poetry.txt将验证结果为真。而对petry.txt修改后的poetry-modify.txt的验证失败，从而达到了防篡改的作用。