Digital Signature Algorithm

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Der Digital Signature Algorithm (DSA) ist ein Standard der US-Regierung für Digitale Signaturen. Er wurde vom National Institute of Standards and Technology (NIST) im August 1991 für die Verwendung in deren Digital Signature Standard (DSS) empfohlen. Der DSS enthält neben dem DSA (ursprünglich der einzige im DSS definierte Algorithmus) als weitere Algorithmen die RSA-Signatur und ECDSA. Der DSS wurde zuerst in FIPS-PUB 186[1] veröffentlicht und zuletzt im FIPS-PUB 186-4[2] angepasst.

Entworfen wurde er von der NSA im Rahmen des Versuchs der US-Regierung, hochsichere Verschlüsselung unter Kontrolle zu bringen. Bestandteil dieser Strategie war auch das Exportverbot starker Verschlüsselungsalgorithmen, dessen Missachtung strafrechtlich verfolgt wurde. Der DSA basiert auf dem diskreten Logarithmus in endlichen Körpern. Er orientiert sich am Elgamal-Signaturverfahren und ist verwandt mit der Schnorr-Signatur. Die Übertragung des DSA auf elliptische Kurven wird als ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) bezeichnet und ist in ANSI X9.62 standardisiert.

Schnorr warf im Rahmen der Standardisierung IEEE P1363 der NIST vor, mit dem von ihr entwickelten Signatur-Verfahren Digital Signature Algorithm sein Patent zu verletzen. Vor der Entwicklung des DSA waren Verhandlungen mit Schnorr gescheitert, sein Signatur-Schema zu nutzen. Die Firma RSA, die eine exklusive Lizenz an Schnorrs Signaturverfahren hält, hätte mit Patentstreitigkeiten ein Diskreter-Logarithmus-Verfahren statt ihres RSA-Systems als Standard erschweren können, scheute aber vermutlich eine offene Konfrontation mit der US-Regierung.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Schlüssel erzeugen[Bearbeiten]

  • Wähle eine Primzahl p\, der Länge L\, bit, mit 512\leq L\leq 1024, wobei L\, ein Vielfaches von 64 ist.
  • Wähle eine weitere Primzahl q\, der Länge 160 bit, die ein Teiler von p-1 ist.
  • Wähle h\, für das gilt: 1<h<p-1\, und h^{\frac{p-1}{q}}\mod p\neq 1.
  • Berechne g=h^{\frac{p-1}{q}}\mod p. Aus dem Satz von Lagrange folgt, dass g dann die Ordnung q in der Einheitengruppe (\Z/p\Z)^{\times} hat.
  • Wähle ein zufälliges x\, für das gilt: 1<x<q\,
  • Berechne y=g^{x}\mod p

p,q,g,y\, werden veröffentlicht (öffentlicher Schlüssel), x\, muss geheim bleiben, da es der geheime Schlüssel ist.

Signieren[Bearbeiten]

Signiert wird die Nachricht m\,; \operatorname{SHA}(m) bezeichnet den SHA-Hashwert der Nachricht m\,. Ursprünglich war die Hashfunktion immer SHA-1, in neueren Versionen des Standards wurde auch SHA-2 zugelassen.

  • Wähle für jede zu signierende Nachricht ein zufälliges s\, mit 1<s<q\,
  • Berechne s_{1}=(g^{s}\mod p)\mod q, ist s_1 = 0 so muss ein neues s gewählt werden
  • Berechne s_{2}=s^{-1}\cdot (\operatorname{SHA}(m)+s_{1}\cdot x)\mod q, ist s_2 = 0 so ebenfalls neu mit Schritt 1 begonnen werden

Die Signatur der Nachricht ist nun (s_{1},s_{2})\,. Dabei darf s nicht übermittelt werden, da sonst s^{-1} \mod q und damit auch der geheime Signaturschlüssel x mit dem erweiterten euklidischen Algorithmus berechnet werden kann. Aus dem gleichen Grund ist es wichtig, dass ein Angreifer s nicht leicht erraten kann.

Überprüfung[Bearbeiten]

Gegeben ist die Signatur bestehend aus s_{1}\, und s_{2}\, sowie die Nachricht m\,. Der Wert s\, wird nicht übermittelt.

  • Überprüfe, ob 0 < s_1 < q und 0 < s_2 < q. Ist das nicht der Fall, weise die Signatur als ungültig zurück.
  • Berechne w=s_{2}^{-1}\mod q
  • Berechne u_{1}=\operatorname{SHA}(m)\cdot w\mod q
  • Berechne u_{2}=s_{1}\cdot w\mod q
  • Berechne v=(g^{u_1}\cdot y^{u_2}\mod p)\mod q
  • Wenn v=s_{1}\,, dann ist die Signatur gültig.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. FIPS-186, die erste Version des Standards.
  2. FIPS-186-4 (PDF; 776 KB), die vierte und aktuelle Revision.