OpenSSL 摘要和签名验证指令dgst使用详解
阳光日志 2016-04-21
1、信息摘要和数字签名概述
信息摘要：对数据进行处理，得到一段固定长度的结果，其特点输入：
1、输出长度固定。即输出长度和输入长度无关。
2、不可逆。即由输出数据理论上不能推导出输入数据
4、对输入数据敏感。当输入数据变化极小时，输出数据也会发生明显的变化
5、防碰撞。即不同的数据数据得到相同输出数据的可能性极低。
由于信息摘要有上述特点，一般保证数据的完整性，对一个大文件进行摘要运算，得到其摘要值。通过网络或者其他渠道传输后，通过验证其摘要值，确定大文件本身有没有发生变化。
数字签名：数字签名其实分成两步，首先对原始文件进行摘要运算，得到摘要值，然后使用公开密钥算法中的私钥对摘要值进行加密。其签名和验证过程如下图所示
有数字签名的过程可以知道，对发送信息进行数字签名，可以保证数字签名的完整性、真实性、不可抵赖性。即接收者可以确认消息的来源、消息的真实，发送者不可以抵赖自己发送的消息，与现实生活中签名的作用大致相同。
2、摘要算法和数字签名相关指令及用法
目前openssl提供的摘要算法有md4、md5、ripemd160、sha、sha1、sha224、sha256、sha512、sha384、wirlpool。可以通过openssl dgst -命令查看。
上面我们已经提到了，数字签名分为摘要和加密两部分。在openssl提供的指令中，并没有区分两者。而是在摘要算法指令中包含了签名和校验参数。例如我们适用openssl md5 -命令可以看到它提供的选项有签名和验证等参数。
在openssl中单独使用摘要算法指令完成摘要或者签名操作，也可以通过dgst完成相同的操作。在签名的时候多数使用RSA私钥或者DSA私钥，当使用RSA私钥的时候，我们可以使用单独的摘要算法指令指定摘要算法进行签名，但当使用DSA使用签名的时候，就必须使用dgst指令，因为使用DSA签名的时候必须使用DSA自身的摘要算法，而openssl没有为它提供相应的指令。
可以看到md5和dgst完成相同的功能。不过让人纠结的是使用md5进行签名的时候可以指定其他摘要算法，笔者觉得太别扭了。所以建议做摘要和签名验证时使用dgst指令，忘记其他……
dgst指令用法介绍如下
-out filename output to filename rather than stdout //指定输出文件，默认标准输出 -signature file signature to verify //指定签名文件，在验证签名时使用 -sigopt nm:v signature parameter //签名参数 -hmac key create hashed MAC with key //制作一个hmac 使用key -mac algorithm create MAC (not neccessarily HMAC) //制作一个mac -macopt nm:v MAC algorithm parameters or key //mac算法参数或者key -engine e use engine e, possibly a hardware device. //使用硬件或者三方加密库 -md4 to use the md4 message digest algorithm //摘要算法使用md4 -md5 to use the md5 message digest algorithm //摘要算法使用md5 -ripemd160 to use the ripemd160 message digest algorithm //摘要算法使用ripemd160 -sha to use the sha message digest algorithm //摘要算法使用sha -sha1 to use the sha1 message digest algorithm //摘要算法使用sha1 -sha224 to use the sha224 message digest algorithm //摘要算法使用sha223 -sha256 to use the sha256 message digest algorithm //摘要算法使用sha256 -sha384 to use the sha384 message digest algorithm //摘要算法使用sha384 -sha512 to use the sha512 message digest algorithm //摘要算法使用sha512 -whirlpool to use the whirlpool message digest algorithm //摘要算法使用whirlpool
3、dgst使用示例
1、仅做摘要运算而不做签名操作
/*指定–non-fips-allow参数，与fips标准有关，尚待研究*/
linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst –sha1 –non-fips-allow file.txt
SHA1(file.txt)= c994aec2a9007221a9b9113b8ab60a60144740c9
/*指定-d参数,打印调试消息*/ linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst -sha1 -d file.txt BIO[02469910]:ctrl(6) - FILE pointer BIO[02469910]:ctrl return 0 BIO[02469910]:ctrl(108) - FILE pointer BIO[02469910]:ctrl return 1 BIO[02469910]:read(0,8192) - FILE pointer BIO[02469910]:read return 37 BIO[02469910]:read(0,8192) - FILE pointer BIO[02469910]:read return 0 SHA1(file.txt)= c994aec2a9007221a9b9113b8ab60a60144740c9 BIO[02469910]:ctrl(1) - FILE pointer BIO[02469910]:ctrl return 0 BIO[02469910]:Free - FILE pointer /*指定-c -hex参数，以16进制打印结果*/ linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst -sha1 -c -hex file.txt SHA1(file.txt)= c9:94:ae:c2:a9:00:72:21:a9:b9:11:3b:8a:b6:0a:60:14:47:40:c9 /*指定-r参数，输出结果如下所示，然并卵……*/ linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst -sha1 -r file.txt c994aec2a9007221a9b9113b8ab60a60144740c9 *file.txt /*指定-binary参数，输入结果为二进制*/ linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst -sha1 -binary file.txt ɔ�©r!��;�� `G@linuxidc@linuxidc:~/test$
2、使用RSA密钥进行签名验证操作
3、使用DSA密钥进行签名验证操作
根据dgst man手册的定义，如果使用DSA算法进行签名验证，必须使用dss1摘要算法，但是本实验证明使用其他摘要算法也可以签名验证。此处不明白，希望大牛指点……
4、HMAC的使用
MAC 消息认证码，构造方法可以基于hash，也可以基于对称加密算法，HMAC是基于hash的消息认证码。数据和密钥作为输入，摘要信息作为输出，常用于认证。
linuxidc@linuxidc:~/test$ openssl dgst -sha256 -hmac 123456 file.txt HMAC-SHA256(file.txt)= b8e92990b9fc2ac9b58fde06f4738dceb4fb1fc47b4d2234a9c3f152907b333a
例如用户登录服务器
1、服务器给客户端发送一个随机数
2、客户端使用随机数作为密钥和用户密码做HMAC，结果发送给服务器
3、服务器去除存储的用户密码，也是用随机数与用户密码做HMAC，根据HMAC结果是否一样确认用户身份。
4、遗留问题
dgst中sigopt、mac、macopt参数的含义即使用方法，因为doc都没给出具体例子，待研究openssl源码后进行补充
为什么使用DSA签名的时候可以选择其他hash算法(man 手册说只能使用dss1)
还有dgst的hmac和hmac参数，没错，你没看错，它的确提供了两个完全一样的参数，给出的解释还不一样，还是研究源码去吧.
可恶的openssl……
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