技术 | 数字签名到底是怎么一回事

撰文 | 悟空
出品 | Trias团队
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在漫长的人类历史中，人们一直在寻求一种可以长久保存且不易篡改的凭证，重点在于其唯一性，例如，尚方宝剑、调兵虎符等。这些曾在古代被用作凭证的物件，随着社会的发展进步，逐步被合同、契约等取代，而签名、盖章等则作为具有唯一性的信任背书，就成为这些凭证产生效力的关键，并且具有法律效力。需要进行验证的时候，就能够根据签名来确认一致性。但是只要是实物，就不免会遇到遗失、损毁等问题，合同损毁、字据遗失等都是日常生活中容易出现的状况。随着互联网的诞生，越来越多的场景和信息都迁移到网络之上，有人想把签名这种可靠的方法也应用到互联网中，于是，数字签名应运而生。

在互联网中加入“签名”机制，也就形成了数字签名，或称为电子签名，就类似于现实世界中的盖章、签字，是一种在计算机世界中进行实现的技术。数字签名不是指将签名扫描成数字图像，或者用触摸板获取的签名，更不是落款。

基于数字签名的通信机制如下。发送方对待发送的文件进行哈希运算，也就是我们之前讲过的单向散列函数，得到文件的摘要（散列值），也即“指纹”，再用自己的私钥对其进行加密，得到摘要的数字签名，之后将该数字签名与文件一同发送给接收方。接收方收到文件后，运用哈希运算计算出原文件摘要，并利用发送方的公钥对其数字签名进行解密得到另一个文件摘要，对比两个文件摘要。如果相同，则表明该文件没有被篡改，能够被信任；如果不同，则说明文件可能被篡改。下图就表示了基于数字签名的通信过程。

图1  基于数字签名的通信过程

在比特币的交易中也运用到了数字签名技术，由转账发起方根据交易信息生成一段防伪造的字符串，通过验证该字符串，证明该交易确实由其发起，同时证明其中的交易信息未被篡改。大致过程如下，首先，利用数字摘要技术将交易信息缩短为固定长度的字符串，然后用发起方的私钥对其进行加密，生成数字签名，然后将交易信息和数字签名一起，广播给矿工，矿工用发起方的公钥进行验证。整个过程就类似于上面讲到的基于数字签名的通信过程。

利用数字签名技术，我们就可以相对可靠地进行信息的传输，既可以识别出篡改和伪装，还可以防止否认。鉴于这一特性，数字签名有很多应用场景，现在为公众熟知不过是沧海一粟，数字货币、企业供应链管理、地产租赁、劳动合同、电子公文、电子病历、旅游租车、金融借贷、数据凭证、物流仓储订单等，这些场景都会用到数字签名，只要人与人、企业与企业之间建立连接，发生商业性关系，就有可能用到数字签名服务。数字签名的价值显而易见，节约成本、提高效率、环保、增强安全性等，而其最本质的价值则是推动万物互联的数字化浪潮。

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