引入：

提到签名，大家都不陌生，大家知道，重大的文件一般都要领导签名，来确保这个文件的真实有效。而一些比较重要的合同，比如买房的购房合同，都要盖“骑缝章”，这个骑缝章，就是盖在2页纸中间的印章，它也代表了签名，它用来保证你合同的完整性。所以说，签名在日常生活中非常重要，它主要用来保证了信息的完整性。同样，计算机世界也对这个签名过程进行了模拟，数字签名的概念由此而生。


数字签名的过程：

一般数字签名的过程分为2个，一个是签名过程，一个是验证过程。


数字签名的基本过程如下：

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(1)发送方用指定的散列函数作用于原始报文，计算出原始报文的原始摘要。

(2)发送方选用非对称的密钥中的私钥对原始摘要进行加密，得到加密后的原始摘要

(3)发送方构造一个报文(SignedObject对象），将原始报文添加在其中

(4)发送方将第(2)步产生的加密后的原始摘要也添加到第(3)步构建的报文中。

这个报文通过不可信任的网络传输到接收端。

(5)接受端从报文中取出原始报文，用约定的散列函数计算出摘要值，记为D1。

(6)接受端从报文中取出加密后的原始摘要，用公钥解密，还原出摘要值，记为D2。

(7)接收端比较D1和D2的值，如果相同，那么认为这个原始报文是可靠的。



实践：

我们java.security包提供了一组API 来表示数字签名的过程，这个核心类就是Signature类，它提供了一组方法来签名和验证，我们这里就给出这个类的一般用法：


我们先建立一个工具类，这个类是个单例，它主要是提供了一些封装方法来封装签名和验证的过程，因为签名和验证都需要公钥-私钥对，所以它包含了这对钥匙的产生逻辑。


package com.charles.signaturestudy;
import java.io.IOException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.KeyStore;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.Signature;
import java.security.SignatureException;
import java.security.SignedObject;
/**** Description: 这个工具类提供了一组方法来操作Signature类，它主要可以对签名进行一些操作** @author charles.wang* @created Oct 28, 2013 11:11:52 AM**/
public class SignatureUtil {private static SignatureUtil instance = null;//公钥私钥对private KeyPair keyPair = null;//数字签名类private Signature signature = null;/*** 私有构造器，用指定的算法来初始化Signature类* @param algorithm*/private SignatureUtil(String algorithm) {try {// 实例化KeyPairGenerator对象，并且指定算法为DSAKeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);// 初始化 KeyPairGenerator对象keyPairGenerator.initialize(1024);// 生成Keypair对象keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();// 实例化Signature对象,这个对象提供一组动作方法类操作签名signature = Signature.getInstance(keyPairGenerator.getAlgorithm());} catch (NoSuchAlgorithmException ex) {keyPair = null;signature = null;}}/*** 单例的工厂方法,用于创建SignatureUtil的实例** @return*/public static SignatureUtil getInstance(String algorithm) {if (instance == null)instance = new SignatureUtil(algorithm);return instance;}/*** 用私钥对指定的原始数据进行签名* @param data 被签名的数据* @return*/public byte[] signWithPrivateKey(byte[] data) {try {// 私钥完成签名，所以这里用私钥初始化用于签名的Signaturesignature.initSign(keyPair.getPrivate());// 更新要签名的原始数据signature.update(data);// 返回签名的内容return signature.sign();} catch (InvalidKeyException ie) {ie.printStackTrace();return null;} catch (SignatureException se) {se.printStackTrace();return null;}}/*** 用公钥对指定的原始数据和签名进行验证* @param data* @param sign* @return*/public boolean verifySignedObjectWithPublicKey(byte[] data, byte[] sign) {try {// 公钥完成验证，所以这里用公钥初始化用于验证的Signaturesignature.initVerify(keyPair.getPublic());// 更新要验证的原始数据signature.update(data);// 验证签名,获得验证结果return signature.verify(sign);} catch (InvalidKeyException ie) {ie.printStackTrace();return false;} catch (SignatureException se) {se.printStackTrace();return false;}}}



然后我们提供了一个演示类，它的过程如下：

先给出原始数据，再用我们的API对其进行数字签名(sign)，并且打印出数字签名的内容，然后我们用我们的API来验证(verify)数字签名的有效性。

package com.charles.signaturestudy;
/**** Description: 这个类用来演示数字签名的使用方法** @author charles.wang* @created Oct 28, 2013 10:37:32 AM**/
public class SignatureDemo {public static void main(String [] args) throws Exception{//SignatureUtil是我们开发的一组动作类，它对于Signature类进行了进一步的封装//它提供了我们可以对数字签名完成的一组动作SignatureUtil sigUtil = SignatureUtil.getInstance("DSA");//原始数据对象String content="被测试的原始数据对象";//打印出原始数据System.out.println("原始数据为:"+content);//将原始数据对象转为字节数组byte[] rawData = content.getBytes();System.out.println("\n开始对原始数据签名...");//进行签名,返回签名的内容byte[] sign = sigUtil.signWithPrivateKey(rawData);System.out.println("签名内容(16进制)为："+byte2hex(sign));System.out.println("\n开始对签名内容验证...");//进行验证，对验证结果进行分析boolean status = sigUtil.verifySignedObjectWithPublicKey(rawData, sign);if(status==true){System.out.println("验证结果，此签名是有效的");}else{System.out.println("验证结果，此签名是无效的");}}/*** 将二进制转为字符串的形式** @param b* @return*/protected static String byte2hex(byte[] b) // 二行制转字符串{// 最终要转化的16进制字符串StringBuilder hexString = new StringBuilder();// 处理每个转化的当前字符串String tmpStr = "";for (int n = 0; n < b.length; n++) {// 将二进制转为16进制tmpStr = (Integer.toHexString(b[n] & 0XFF));// 如果当前转成的字符串只有一位长度的话，则前面补0，然后加上当前转换值if (tmpStr.length() == 1) {hexString.append("0").append(tmpStr);}// 否则，，则直接将当前转换值tmpStr附加在hexString后面elsehexString.append(tmpStr);// 如果没有到byte[]的尾部，则中间用冒号分开，最后一个后面不用加冒号if (n < b.length - 1)hexString.append(":");}return hexString.toString().toUpperCase();}
}


最后，我们运行这个实例程序，然后可以清晰的看出以上的过程：

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