數(shù)字簽名有哪些形式？相比其他簽名形式，密碼學(xué)數(shù)字簽名優(yōu)勢(shì)幾何？具備哪些獨(dú)有功能？使用過程中又潛藏何等風(fēng)險(xiǎn)？
簽名生效的契約是保障商業(yè)活動(dòng)有序進(jìn)行的核心手段之一。通過承諾的形式對(duì)預(yù)期在未來發(fā)生的商業(yè)行為進(jìn)行約定，約定雙方將履行約定看作是一種義務(wù)，任意一方違背承諾，都可以通過法律手段進(jìn)行追訴，以此保障約定的行為最終得到履行。
除開商業(yè)活動(dòng)，契約保障對(duì)于涉及多方之間價(jià)值交換的其他活動(dòng)同樣至關(guān)重要。承載價(jià)值的各類權(quán)益，在實(shí)際交換過程中，一般都有先后順序，需要通過契約來保證相關(guān)的交換流程都能如期完成，防止先得到權(quán)益的一方惡意中斷流程，致使其他參與方未能得到約定權(quán)益，造成不必要的損失。
在上述過程中，簽名機(jī)制是確保契約合法性和有效性的關(guān)鍵。
在信息化時(shí)代，如何借助技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)有效的簽名機(jī)制，那就不得不提以密碼學(xué)數(shù)字簽名為代表的數(shù)字簽名技術(shù)。本文作為數(shù)字簽名系列的開篇，對(duì)密碼學(xué)數(shù)字簽名中的共性特征進(jìn)行逐一解析。
1.密碼學(xué)數(shù)字簽名的優(yōu)勢(shì)
本質(zhì)上，簽名機(jī)制是對(duì)“誰(shuí)認(rèn)同了什么”的一個(gè)約束，這一約束將簽名主體和契約內(nèi)容通過簽名關(guān)聯(lián)了起來，并同時(shí)滿足以下基本特性：
防仿冒：如果不是簽名主體，無法仿冒簽名主體進(jìn)行簽名。
防篡改：如果契約內(nèi)容被篡改，原有的簽名便會(huì)失效。
可驗(yàn)證：簽名的有效性可以通過技術(shù)手段進(jìn)行驗(yàn)證。
人類歷史發(fā)展的不同階段，曾經(jīng)為不同契約載體引入過不同的簽名機(jī)制。在信息化時(shí)代到來之前，契約主要記載在物理介質(zhì)上，如羊皮、紙、竹簡(jiǎn)等。除了手寫簽名之外，最常見的簽名機(jī)制就是印章。
《史記》中就有“青泥封書”的記載。早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，古人將竹簡(jiǎn)捆扎之后，使用黏土封住繩結(jié)，并蓋上印章，防止私拆和篡改，史稱竹簡(jiǎn)封?；陬愃萍夹g(shù)，后續(xù)還出現(xiàn)了木牘封、棉紙封、火漆封等。尤其是使用紅色封蠟的火漆封，在中西文明中有過輝煌的歷史，被用于機(jī)要信件的身份鑒別和防篡改，并由此派生出各式各樣的印章文化。
直至今日，印章依舊在契約制定中起著關(guān)鍵作用。在各類合同中，對(duì)紙質(zhì)文件加蓋印章（簡(jiǎn)稱用?。┦呛贤У谋匾獥l件。用印是一個(gè)十分嚴(yán)肅的過程，往往需要對(duì)于合同中每一處關(guān)鍵信息，都蓋上印章確保其不被篡改。對(duì)于多頁(yè)合同，往往還需要加蓋騎縫章，保證合同內(nèi)容的連續(xù)性。
即便如此，哪怕花費(fèi)了大量人工，在紙面上蓋滿了印章，也很難保證所有信息都能受到印章保護(hù)。因此，以印章為代表的傳統(tǒng)簽名機(jī)制在處理包含大量信息的契約時(shí)，面臨顯著的效率和有效性問題。
這些問題恰恰也是數(shù)字簽名設(shè)計(jì)中需要攻克的要點(diǎn)。
如果簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)簽名進(jìn)行數(shù)字化處理，使用其數(shù)字化影像來直接用作數(shù)字簽名，能不能解決以上問題呢？
顯然答案是否定的。尤其對(duì)于防仿冒和防篡改，任何人一旦獲得到一份簽名的數(shù)字化影像，都可以無限復(fù)制并應(yīng)用到任意契約內(nèi)容上，這可能會(huì)為簽名主體帶來難以估量的損失。
為了防止攻擊者輕易生成偽造的數(shù)字簽名，簽名的生成過程需要引入只有簽名主體才知道的秘密參數(shù)，由此便可構(gòu)造密碼學(xué)數(shù)字簽名，對(duì)應(yīng)的秘密參數(shù)就是密碼學(xué)簽名算法中的密鑰。
一般而言，密碼學(xué)數(shù)字簽名在滿足以上基本特性之外，可以選擇性地引入更豐富的特性，例如：
防抵賴：除了簽名主體，其他人無法生成有效的簽名，所以簽名主體無法抵賴，對(duì)應(yīng)的簽名可以具備法律效力。
公開可驗(yàn)證：簽名主體無需公開自己用于簽名的私鑰，第三方通過對(duì)應(yīng)的公鑰即可完成簽名有效性的驗(yàn)證。
這些特性可以用來支持?jǐn)?shù)字化經(jīng)濟(jì)中各式各樣的數(shù)字化契約，對(duì)于需要進(jìn)行多方協(xié)商的約定，在現(xiàn)行的法律框架下，一般都可以采用對(duì)應(yīng)的密碼學(xué)數(shù)字簽名進(jìn)行有效地保障。
2.密碼學(xué)數(shù)字簽名分類
在現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)中，對(duì)于契約可以有很多形式，因此也對(duì)數(shù)字簽名產(chǎn)生了非常多樣化的功能需求。
限于篇幅，這里僅對(duì)主要的密碼學(xué)數(shù)字簽名算法類別進(jìn)行列舉，具體技術(shù)細(xì)節(jié)將在本系列的后續(xù)文章中展開。
對(duì)于傳統(tǒng)簽名機(jī)制難以實(shí)現(xiàn)的效果，如隱匿簽名主體身份、隱匿契約內(nèi)容、快速驗(yàn)證海量簽名，密碼學(xué)數(shù)字簽名都可以在保持簽名機(jī)制防仿冒、防篡改、可驗(yàn)證基本特性的前提下，提供有效的技術(shù)方案，也可以進(jìn)一步擴(kuò)展，支持其他非常規(guī)效果，如提供定向簽名驗(yàn)證的變色龍簽名等。
由此可見，相比傳統(tǒng)簽名機(jī)制，密碼學(xué)數(shù)字簽名可以滿足更加豐富的業(yè)務(wù)需求。
3.密碼學(xué)數(shù)字簽名認(rèn)證體系
盡管具體密碼學(xué)數(shù)字簽名算法各有差異，構(gòu)建一個(gè)有效的密碼學(xué)簽名認(rèn)證體系一般都會(huì)用到一系列共性技術(shù)。以基于公鑰密碼學(xué)算法的數(shù)字簽名為例，常見的共性技術(shù)如下：
·數(shù)據(jù)摘要算法：將任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)縮減成簽名算法能夠處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，生成與原數(shù)據(jù)內(nèi)容強(qiáng)綁定的數(shù)據(jù)摘要，常用的有各類單向哈希算法（參見第9論），如國(guó)密SM3，SHA-3等。
·簽名算法：使用簽名主體的私鑰，對(duì)數(shù)據(jù)摘要進(jìn)行運(yùn)算，生成數(shù)字簽名，并提供基于公鑰的數(shù)字簽名驗(yàn)證，常用的有國(guó)密SM2、ECDSA、RSA簽名等。
·PKI（Public Key Infrastructure）公鑰證書服務(wù)：提供安全的公鑰分發(fā)服務(wù)，確保用于驗(yàn)證簽名的公鑰確實(shí)屬于簽名主體，常用的有X.509公鑰證書服務(wù)。
對(duì)照傳統(tǒng)簽名技術(shù)，數(shù)據(jù)摘要算法相當(dāng)于捆扎文件的封條，簽名算法相當(dāng)于封條上蓋的代表身份的印章，PKI公鑰證書服務(wù)相當(dāng)于識(shí)別印章有效性的官方圖鑒，這三類技術(shù)缺一不可。
值得注意的是，盡管破解密碼學(xué)數(shù)字簽名比攻擊傳統(tǒng)簽名（如私刻蘿卜章）的技術(shù)難度會(huì)高很多，但隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，還是有可能對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行成功攻擊的，為此有必要充分了解相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)。
如果數(shù)據(jù)摘要算法出現(xiàn)安全問題
攻擊者就可以在保持原有簽名不變的前提下，任意替換契約內(nèi)容。2017年，Google演示了首例對(duì)SHA-1單向哈希算法碰撞攻擊SHAttered，以單GPU運(yùn)算110年的代價(jià)（任何大型云平臺(tái)服務(wù)商都具備的計(jì)算能力）為精心篡改過的PDF文件生成了與原文件完全一樣的SHA-1哈希值。因此，使用過時(shí)或已知不安全的數(shù)據(jù)摘要算法會(huì)極大影響數(shù)字簽名的防篡改性。
如果簽名算法出現(xiàn)安全問題
攻擊者可以結(jié)合數(shù)字簽名和原文件提取出簽名所用的私鑰，并使用該私鑰仿冒簽名主體，對(duì)未授權(quán)的契約進(jìn)行簽名。例如，目前基于橢圓曲線的簽名算法設(shè)計(jì)都不具備抗量子特性，一旦量子計(jì)算實(shí)用化，就會(huì)對(duì)現(xiàn)有數(shù)字簽名的防仿冒性產(chǎn)生巨大沖擊。
如果PKI公鑰證書服務(wù)出現(xiàn)安全問題
攻擊者可以使用惡意軟件、木馬、病毒等非密碼學(xué)攻擊手段侵入PKI公鑰證書服務(wù)，使用自己的公鑰證書，來替換簽名主體的公鑰證書，隨后便可任意使用自己的私鑰對(duì)未授權(quán)的契約進(jìn)行簽名。
另一類相關(guān)攻擊是攻擊者通過某些手段竊取了簽名主體的私鑰，簽名主體已經(jīng)完成了公鑰證書的掛失，但PKI公鑰證書服務(wù)未能對(duì)公鑰證書的黑名單進(jìn)行及時(shí)更新。在這些攻擊的影響下，第三方可能無法通過PKI公鑰證書服務(wù)來有效辨識(shí)簽名所用的公鑰是否真正屬于簽名主體，所以會(huì)對(duì)最終簽名結(jié)果的可驗(yàn)證性造成顯著影響。
盡管風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)不少，但作為全行業(yè)普遍使用且廣泛認(rèn)可的一類密碼學(xué)技術(shù)，密碼學(xué)數(shù)字簽名還是一個(gè)非常有效的契約認(rèn)證體系。企業(yè)務(wù)必需要遵循各類國(guó)家和行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，使用行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)數(shù)字簽名系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)更新和升級(jí)，最小化相關(guān)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
正是：數(shù)字契約一諾值千金，密碼技術(shù)一簽抵九鼎！
密碼學(xué)數(shù)字簽名作為現(xiàn)代商業(yè)中保障契約有效性的核心技術(shù)，對(duì)于完成經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、業(yè)務(wù)在線化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化升級(jí)都至關(guān)重要?；诓煌臉I(yè)務(wù)需求，密碼學(xué)數(shù)字簽名可以提供不同的技術(shù)方案，滿足傳統(tǒng)簽名機(jī)制難以滿足的特性，在保障契約效力的前提下，支持更加多樣化的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。
