ecc簽名演算法

『壹』 什麼是RSA和ECC演算法

RSA(Rivest-Shamir-Adleman)加密演算法：它是第 一個既能用於數據加密也能用於數字簽名的演算法。比較易於理解和操作，是高強度非對稱加密系統，密鑰長度少則512位，多則2048位，非常難破解，安全系數是非常高的。ECC(Elliptic Curve Cryptosystems )加密演算法：橢圓曲線密碼體制，它同樣也是在數據位上額外的位存儲一個用數據加密的代碼。橢圓曲線其實可能比RSA更復雜。國內的老品牌CA機構-天威誠信，旗下的vTrus SSL證書，該證書支持 SHA256 with RSA 2048 演算法/ECC 256 演算法。

『貳』 區塊鏈技術(二) -- 比特幣中使用的加密演算法ECC

橢圓曲線加密演算法（ECC），是一種基於橢圓曲線數學理論實現的非對稱加密演算法。相較於RSA，ECC的優勢在於使用更短的密鑰即可達到與RSA相等或更高的安全級別。ECC在公開密鑰加密和電子商業領域得到廣泛應用，特別是比特幣（Bitcoin）採用的secp256k1橢圓曲線。

比特幣使用了特定的橢圓曲線secp256k1進行加密。加密過程涉及橢圓曲線上的加法運算，定義為：對於橢圓曲線上的兩個點A和B，過這兩個點的直線與橢圓曲線相交於第三個點，該點關於原點的對稱點即為A和B的和。此外，對於同一個點的二倍運算，即點與自身相加，定義為通過該點的切線與橢圓曲線的交點，再對該交點關於原點對稱得到。

加密演算法中還涉及到同餘運算、有限域的概念以及乘法逆元的定義。橢圓曲線密碼在有限域內進行，例如模數為質數的域，能夠保證加密過程中的數據在同一個有限集合內，避免了連續數加密解密後可能出現的偏差。

為了說明，我們以模數為2的有限域為例，展示乘法逆元的概念：在群G中，對任意元素a，存在唯一元素b，使得a*b等於群的單位元。而橢圓曲線加密演算法選擇的一類適合加密的曲線為secp256k1，這類曲線關於y軸對稱，且滿足特定條件，適用於安全加密。

ECC加密演算法的核心在於計算私鑰與公鑰的關系。已知公鑰和基點，計算出私鑰是非常困難的，這就為加密提供了強大的安全性。同時，ECDSA（ECC數字簽名演算法）用於生成和驗證簽名，通過將私鑰與消息摘要進行運算，生成不可逆的簽名。簽名的生成和驗證過程依賴於隨機數的引入，確保即使對相同消息，生成的簽名也不同，提高了安全性。

驗證過程涉及從簽名中提取出的兩個值，利用公開密鑰計算得到的值與接收到的值進行比較，若一致則驗證成功，否則失敗。整個過程確保了消息的真實性和完整性，是區塊鏈技術中確保數據安全和交易可信的重要手段。

『叄』 橢圓曲線加密演算法

橢圓曲線加密演算法，即：Elliptic Curve Cryptography，簡稱ECC，是基於橢圓曲線數學理論實現的一種非對稱加密演算法。相比RSA，ECC優勢是可以使用更短的密鑰，來實現與RSA相當或更高的安全。據研究，160位ECC加密安全性相當於1024位RSA加密，210位ECC加密安全性相當於2048位RSA加密。

橢圓曲線在密碼學中的使用，是1985年由Neal Koblitz和Victor Miller分別獨立提出的。

一般情況下，橢圓曲線可用下列方程式來表示，其中a,b,c,d為系數。

例如，當a=1,b=0,c=-2,d=4時，所得到的橢圓曲線為:

該橢圓曲線E的圖像如圖X-1所示，可以看出根本就不是橢圓形。

過曲線上的兩點A、B畫一條直線，找到直線與橢圓曲線的交點，交點關於x軸對稱位置的點，定義為A+B，即為加法。如下圖所示：A + B = C

上述方法無法解釋A + A，即兩點重合的情況。因此在這種情況下，將橢圓曲線在A點的切線，與橢圓曲線的交點，交點關於x軸對稱位置的點，定義為A + A，即2A，即為二倍運算。

將A關於x軸對稱位置的點定義為-A，即橢圓曲線的正負取反運算。如下圖所示：

如果將A與-A相加，過A與-A的直線平行於y軸，可以認為直線與橢圓曲線相交於無窮遠點。

綜上，定義了A+B、2A運算，因此給定橢圓曲線的某一點G，可以求出2G、3G（即G + 2G）、4G......。即：當給定G點時，已知x，求xG點並不困難。反之，已知xG點，求x則非常困難。此即為橢圓曲線加密演算法背後的數學原理。

橢圓曲線要形成一條光滑的曲線，要求x,y取值均為實數，即實數域上的橢圓曲線。但橢圓曲線加密演算法，並非使用實數域，而是使用有限域。按數論定義，有限域GF(p)指給定某個質數p，由0、1、2......p-1共p個元素組成的整數集合中定義的加減乘除運算。

假設橢圓曲線為y² = x³ + x + 1，其在有限域GF(23)上時，寫作：y² ≡ x³ + x + 1 (mod 23)

此時，橢圓曲線不再是一條光滑曲線，而是一些不連續的點，如下圖所示。以點(1,7)為例，7² ≡ 1³ + 1 + 1 ≡ 3 (mod 23)。如此還有如下點：

(0,1) (0,22)(1,7) (1,16)(3,10) (3,13)(4,0)(5,4) (5,19)(6,4) (6,19)(7,11) (7,12)(9,7) (9,16)(11,3) (11,20)等等。

另外，如果P(x,y)為橢圓曲線上的點，則-P即(x,-y)也為橢圓曲線上的點。如點P(0,1)，-P=(0,-1)=(0,22)也為橢圓曲線上的點。

相關公式如下：有限域GF(p)上的橢圓曲線y² = x³ + ax + b，若P(Xp, Yp), Q(Xq, Yq)，且P≠-Q，則R(Xr,Yr) = P+Q 由如下規則確定：

Xr = (λ² - Xp - Xq) mod pYr = (λ(Xp - Xr) - Yp) mod p其中λ = (Yq - Yp)/(Xq - Xp) mod p（若P≠Q）, λ = (3Xp² + a)/2Yp mod p（若P=Q）

因此，有限域GF(23)上的橢圓曲線y² ≡ x³ + x + 1 (mod 23)，假設以(0,1)為G點，計算2G、3G、4G...xG等等，方法如下：

計算2G：λ = (3x0² + 1)/2x1 mod 23 = (1/2) mod 23 = 12Xr = (12² - 0 - 0) mod 23 = 6Yr = (12(0 - 6) - 1) mod 23 = 19即2G為點(6,19)

計算3G：3G = G + 2G，即(0,1) + (6,19)λ = (19 - 1)/(6 - 0) mod 23 = 3Xr = (3² - 0 - 6) mod 23 = 3Yr = (3(0 - 3) - 1) mod 23 = 13即3G為點(3, 13)

建立基於橢圓曲線的加密機制，需要找到類似RSA質因子分解或其他求離散對數這樣的難題。而橢圓曲線上的已知G和xG求x，是非常困難的，此即為橢圓曲線上的的離散對數問題。此處x即為私鑰，xG即為公鑰。

橢圓曲線加密演算法原理如下：

設私鑰、公鑰分別為k、K，即K = kG，其中G為G點。

公鑰加密：選擇隨機數r，將消息M生成密文C，該密文是一個點對，即：C = {rG, M+rK}，其中K為公鑰

私鑰解密：M + rK - k(rG) = M + r(kG) - k(rG) = M其中k、K分別為私鑰、公鑰。

橢圓曲線簽名演算法，即ECDSA。設私鑰、公鑰分別為k、K，即K = kG，其中G為G點。

私鑰簽名：1、選擇隨機數r，計算點rG(x, y)。2、根據隨機數r、消息M的哈希h、私鑰k，計算s = (h + kx)/r。3、將消息M、和簽名{rG, s}發給接收方。

公鑰驗證簽名：1、接收方收到消息M、以及簽名{rG=(x,y), s}。2、根據消息求哈希h。3、使用發送方公鑰K計算：hG/s + xK/s，並與rG比較，如相等即驗簽成功。

原理如下：hG/s + xK/s = hG/s + x(kG)/s = (h+xk)G/s= r(h+xk)G / (h+kx) = rG

假設要簽名的消息是一個字元串：「Hello World!」。DSA簽名的第一個步驟是對待簽名的消息生成一個消息摘要。不同的簽名演算法使用不同的消息摘要演算法。而ECDSA256使用SHA256生成256比特的摘要。
摘要生成結束後，應用簽名演算法對摘要進行簽名：
產生一個隨機數k
利用隨機數k，計算出兩個大數r和s。將r和s拼在一起就構成了對消息摘要的簽名。
這里需要注意的是，因為隨機數k的存在，對於同一條消息，使用同一個演算法，產生的簽名是不一樣的。從函數的角度來理解，簽名函數對同樣的輸入會產生不同的輸出。因為函數內部會將隨機值混入簽名的過程。

關於驗證過程，這里不討論它的演算法細節。從宏觀上看，消息的接收方從簽名中分離出r和s，然後利用公開的密鑰信息和s計算出r。如果計算出的r和接收到的r值相同，則表示驗證成功。否則，表示驗證失敗。