消息认证码&数字签名
消息认证码（message authentication code）是一种确认完整性并进行认证的技术，取三个单词的首字母，简称为MAC。
消息认证码的输入包括任意长度的消息和一个发送者与接收者之间
共享的密钥，它可以输出固定长度的数据，这个数据称为MAC值。根据任意长度的消息输出固定长度的数据，这一点和单向散列函数很类似。但是单向散列函数中计算散列值时不需要密钥，而消息认证码中则需要使用发送者与接收者之间共享的密钥。
要计算MAC必须持有共享密钥，没有共享密钥的人就无法计算MAC值，消息认证码正是利用这一性质来完成认证的。此外，和单向散列函数的散列值一样，哪怕消息中发生1比特的变化，MAC值也会产生变化，消息认证码正是利用这一性质来确认完整性的。
消息认证码有很多种实现方法，大家可以暂且这样理解：消息认证码是一种与密钥相关联的单向散列函数。
Alice 和 Bob 的故事
像以前一样，我们还是从一个Alice和Bob的故事开始讲起。不过，这一次Alice和Bob分别是两家银行，Alice银行通过网络向Bob银行发送了一条汇款请求，Bob银行收到的请求内容是：
当然，Bob银行所收到的汇款请求内容必须与Alice银行所发送的内容是完全一致的。如果主动攻击者Mallory在中途将Alice银行发送的汇款请求进行了篡改，那么Bob银行就必须要能够识别出这种篡改，否则如果Mallory将收款账户改成了自己的账户，那么1000万元就会被盗走。
话说回来，这条汇款请求到底是不是Alice银行发送的呢？有可能Alice银行根本就没有发送过汇款请求，而是由主动攻击者Mallory伪装成Alice银行发送的。如果汇款请求不是来自Alice银行，那么就绝对不能执行汇款。
现在我们需要关注的问题是汇款请求（消息）的 “完整性" 和 “认证" 这两个性质。
消息的完整性（integrity), 指的是：消息没有被篡改"这一性质，完整性也叫一致性。如果能够确认汇款请求的内容与Alice银行所发出的内容完全一致，就相当于是确认了消息的完整性，也就意味着消息没有被篡改。
消息的认证（authentication）指的是“消息来自正确的发送者"这一性质。如果能够确认汇款请求确实来自Alice银行，就相当于对消息进行了认证，也就意味着消息不是其他人伪装成发送者所发出的。
通过使用本章中要介绍的消息认证码，我们就可以同时识别出篡改和伪装，也就是既可以确认消息的完整性，也可以进行认证。
数字签名是一种将相当于现实世界中的盖章、签字的功能在计算机世界中进行实现的技术。使用数字签名可以识别篡改和伪装，还可以防止否认。
从消息认证到数字签名
消息认证码的局限性
消息认证码，我们可以识别消息是否被篡改或者发送者身份是否被伪装，也就是可以校验消息的完整性，还可以对消息进行认证。然而，比如在出具借条的场景中却无法使用消息认证码，因为消息认证码无法防止否认。
消息认证码之所以无法防止否认，是因为消息认证码需要在发送者Alice和接收者Bob两者之间共享同一个密钥。正是因为密钥是共享的，所以能够使用消息认证码计算出正确MAC值的并不只有发送者Alice，接收者Bob也可以计算出正确的MAC值。由于Alice和Bob双方都能够计算出正确的MAC值，因此对于第三方来说，我们无法证明这条消息的确是由Alice生成的。
通过数字签名解决问题
下面请大家开动一下脑筋。假设发送者Alice和接收者Bob不需要共享一个密钥，也就是说，Alice和Bob各自使用不同的密钥。
我们假设Alice使用的密钥是一个只有Alice自己才知道的私钥。当Alice发送消息时，她用私钥生成一个“签名"。相对地，接收者Bob则使用一个和Alice不同的密钥对签名进行验证。使用Bob的密钥无法根据消息生成签名，但是用Bob的密钥却可以对Alice所计算的签名进行验证，也就是说可以知道这个签名是否是通过Alice的密钥计算出来的。如果真有这么一种方法的话，那么不管是识别篡改、伪装还是防止否认就都可以实现了吧 ？
实际上，这种看似很神奇的技术早就已经问世了，这就是
数字签名（digital signature）。签名的生成和验证
让我们来稍微整理一下。
在数字签名技术中，出现了下面两种行为：
生成消息签名的行为
验证消息签名的行为
生成消息签名这一行为是由消息的发送者Alice来完成的，也称为“对消息签名”。生成签名就是根据消息内容计算数字签名的值，这个行为意味着 “我认可该消息的内容"。
验证数字签名这一行为一般是由消息的接收者Bob来完成的，但也可以由需要验证消息的第三方来完成，这里的第三方我们暂且将其命名为验证者Victor。验证签名就是检查该消息的签名是否真的属于Alice，验证的结果可以是成功或者失败，成功就意味着这个签名是属于Alice的，失败则意味着这个签名不是属于Alice的。
在数字签名中，生成签名和验证签名这两个行为需要使用各自专用的密钥来完成。
Alice使用“签名密钥"来生成消息的签名，而Bob和Victor则使用“验证密钥"来验证消息的签名。数字签名对签名密钥和验证密钥进行了区分，使用验证密钥是无法生成签名的。这一点非常重要。此外，签名密钥只能由签名的人持有，而验证密钥则是任何需要验证签名的人都可以持有。
通过RSA实现数字签名
前边章节已经介绍过了如何通过自己编写的go代码生成非对称加密算法RSA的公钥和私钥文件, 假设公钥文件的文件名为
public.pem，私钥文件对应的文件名为private.pem。生成数字签名
// SignatureRSA
// myData 要签名的数据
func SignatureRSA(myData []byte) ([]byte, error) {
// 1. 从秘钥文件中读生成的秘钥内容
fp, err := os.Open("private.pem")
if err != nil {
return nil, errors.New("打开私钥文件 - private.pem 失败")
}
// 2. 读文件内容
fileInfo, _ := fp.Stat()
all := make([]byte, fileInfo.Size())
_, err = fp.Read(all)
if err != nil {
return nil, errors.New("读文件内容失败")
}
fmt.Println("文件内容: ", string(all))
// 3. 关闭文件
defer fp.Close()
// 4. 将数据解析成pem格式的数据块
block, _ := pem.Decode(all)
// 5. 解析pem数据块, 得到私钥
privKey, err := x509.ParsePKCS1PrivateKey(block.Bytes)
if err != nil {
return nil, errors.New("解析私钥失败")
}
// 6. 将数据通过哈希函数生成信息摘要
myHash := sha256.New()
myHash.Write(myData)
result := myHash.Sum(nil)
// 7. 生成签名
mySignature, err := rsa.SignPKCS1v15(rand.Reader, privKey, crypto.SHA256, result)
if err != nil {
return nil, errors.New("生成签名失败")
}
return mySignature, nil
}
验证数字签名
// VerifyRSA
// src 签名数据
// myData 元数据
func VerifyRSA(src, myData []byte) error {
// 1. 从秘钥文件中读生成的秘钥内容
fp, err := os.Open("public.pem")
if err != nil {
return errors.New("打开公钥文件 - public.pem 失败")
}
// 2. 读文件内容
fileInfo, _ := fp.Stat()
all := make([]byte, fileInfo.Size())
num, err := fp.Read(all)
if err != nil {
return errors.New("读文件内容失败")
}
fmt.Println("文件大小: ", num)
// 3. 关闭文件
defer fp.Close()
// 4. 将公钥数据解析为pem格式的数据块
block, _ := pem.Decode(all)
// 5. 将公钥从pem数据块中提取出来
pubInterface, err := x509.ParsePKIXPublicKey(block.Bytes)
if err != nil {
return errors.New("解析公钥失败")
}
// 6. 公钥接口转换为公钥对象
pubKey := pubInterface.(*rsa.PublicKey)
// 7. 将数据通过哈希函数生成信息摘要
myHash := sha256.New()
myHash.Write(myData)
result := myHash.Sum(nil)
// 7. 数据认证
err = rsa.VerifyPKCS1v15(pubKey, crypto.SHA256, result, src)
if err != nil {
return err
}
fmt.Println("数字签名验证成功")
return nil
}
