Python工具箱系列(十九)-有解無憂

有了非對稱密鑰、摘要、對稱密鑰等現代密碼學演算法與技術，是不是就能夠保證通信的安全無虞呢，并不是，

密碼學在互聯網應用的四個目標：機密性、完整性、身份驗證、防抵賴，到目前為止，我們討論的技術中，其中防抵賴的目標并沒有達到，

假設A、B、C三個人共享一個對稱加密演算法密鑰，現在A和B互相通信，A和B一直認為是雙方在發送訊息，由于C也有同樣的密鑰，它可以攔截A發往B的訊息，然后篡改訊息并用同樣的密鑰加密后發送給B, B能夠正確解密，但是該訊息其實已經被篡改，

同樣的場景，A、B、C三個人共享一個對稱加密演算法密鑰，A向B發送了一條訊息，但是A可以抵賴說這條訊息并不是他發送的，理由就是C也有同樣的密鑰，這條加密訊息可能是C發送給B的，B無法向第三方證明是A給他發送了訊息，

在公開密鑰演算法中，如果演算法用于加密解密，也同樣不能防止抵賴，以RSA加密演算法舉例，由于RSA的公鑰是完全公開的，RSA私鑰擁有者雖然能夠解密，但是并不能確認是哪個客戶端發送的訊息，同理任何人都可以抵賴，

抵賴出現的根本原因就在于通信雙方無法確認對方的身份，也就是不能進行身份驗證，那么在密碼學中有沒有對應的解決方案呢？可以使用數字簽名技術防抵賴，

在現實世界中，有哪些行為或者約定可以防止人抵賴呢？最明顯的就是合同，合同一般需要人簽字或者按指紋，考慮簽字可以模仿偽造，這里重點用指紋簽署的合同來解釋，合同一旦由指紋簽署了，就可以被復印多份，有了合同，合同簽署人就無法否認合同的合法性，原因就在于法律規定，指紋具備唯一性，每個人的指紋是不同的，或者說指紋就代表了一個人，

回到密碼學中，如果一個訊息也含有特殊的指紋，是否就可以實作防抵賴呢，事實正是如此，在RSA密鑰對中，私鑰只有密鑰對的生成者持有，如果不考慮密鑰泄露的問題，私鑰擁有者使用密鑰（注意不是加密操作）簽署一條訊息，然后發送給任意的接收方，接收方只要擁有私鑰對應的公鑰，就能成功反解簽署訊息，由于只有私鑰持有者才能“簽署”訊息，不能抵賴說這條簽署訊息不是他發送的，這就是數字簽名技術的基本原理，

以下代碼顯示了簽名的程序：

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)

運行后，將對poetry.txt進行簽名，生成簽名檔案sign.txt，隨后使用公共信道將兩個檔案同時傳出，接收方使用這兩個檔案來驗證是否發生了篡改，

相關代碼如下所示：

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將驗證結果為真，而對petry.txt修改后的poetry-modify.txt的驗證失敗，從而達到了防篡改的作用，

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