数字签名是一种结合密码学技术的安全机制，用于确保数据的完整性、真实性和不可否认性。以下从生成和验证两个核心环节，详细解析其流程：
一、数字签名生成流程
数字签名的生成依赖于非对称加密算法（如 RSA、ECC 等）和哈希算法（如 SHA-256），核心是用发送方的私钥对数据特征进行加密。具体步骤如下：
发送方操作：
(1) 数据预处理：生成哈希值
- 发送方对原始数据（如文档、消息等）应用哈希算法（如 SHA-256），生成一个固定长度的哈希值（又称 “消息摘要”）。
- 哈希值的特点：
- 不可逆：无法从哈希值反推原始数据；
- 唯一性：原始数据微小变化会导致哈希值完全不同；
- 固定长度：无论原始数据大小，哈希值长度固定（如 SHA-256 生成 256 位哈希值）。
- 示例：一份 1GB 的文档和一句短句，经 SHA-256 处理后均生成 32 字节（256 位）的哈希值。
(2) 用私钥加密哈希值：生成签名
- 发送方使用自己的私钥（仅自己持有，严格保密）对第一步生成的哈希值（即摘要）进行加密，得到的结果即为 “数字签名”。
- 非对称加密的特性：私钥加密的数据只能用对应的公钥解密，确保只有发送方才能生成有效的签名。 注：私钥始终由发送方保密存储。
(3) 发送数据与签名
将原始数据（或哈希值）和数字签名一起发送给接收方。
二、数字签名的验证流程
接收方通过验证签名，确认数据是否被篡改、是否由指定发送方发送。流程与生成对应，核心是用发送方的公钥解密签名并比对哈希值：
接收方操作：
(1) 接收数据并提取信息
- 接收方获取发送方传来的原始数据、数字签名和公钥。注意：接收方需要获取发送方的公钥。公钥是公开的，任何人都可以得到。
(2) 对原始数据重新生成哈希值
- 接收方使用与发送方相同的哈希算法（如 SHA-256），对接收的原始数据重新计算哈希值，得到 “验证用哈希值”。
(3) 用公钥解密签名：获取原始哈希值
- 接收方使用发送方的公钥对数字签名进行解密，得到发送方在生成签名时使用的 “原始哈希值”（即发送方第一步计算的哈希值）。
- 若解密失败（如公钥不匹配或签名被篡改），则直接判定签名无效。
(4) 比对哈希值：验证结果
- 接收方将 “验证用哈希值” 与 “原始哈希值” 进行比对：
- 一致：说明原始数据未被篡改，且签名确实由对应私钥生成（即发送方身份可信），验证通过；
- 不一致：说明数据被篡改或签名伪造，验证失败。
三、核心逻辑总结
| 环节 | 关键操作 | 依赖技术 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 签名生成 | 哈希原始数据 → 私钥加密哈希值 | 哈希算法 + 私钥 | 绑定发送方身份与数据完整性 |
| 签名验证 | 重算哈希 → 公钥解密签名 → 比对哈希 | 哈希算法 + 公钥 | 验证数据真实性与未篡改 |
核心保障：
- 私钥唯一性：只有发送方持有私钥，确保签名不可伪造；
- 哈希不可逆性：防止攻击者篡改数据后重新生成匹配的签名；
- 公钥可验证：通过可信渠道获取公钥（如数字证书），避免公钥被替换。
四、应用场景举例
数字签名被广泛应用于许多领域，如：
- 电子邮件签名：确保邮件内容未被篡改且来源可靠；
- 在线支付和电子合同：确保签约方身份真实、合同内容未被篡改；
- 软件发布：用户通过验证签名确认软件未被植入恶意代码；
- 区块链交易：每笔交易的签名用于确认发起者身份和交易合法性；
通过以上流程，数字签名有效解决了网络通信中的 “身份伪造”“数据篡改” 和 “否认行为” 三大安全问题。