数字签名使用的算法是什么？

在当今数字时代，安全性、身份验证和数据完整性是企业、政府和个人用户共同关心的重要问题。数字签名是一种高度可信的方法，用于保持数字信息的真实性和完整性。但在每一个数字签名的背后，都有具体的密码算法在发挥作用。本文将探讨数字签名使用的是什么算法，它是如何运作的，以及在各行业中常见的类型——尤其是符合例如《全球和国家商业电子签名法案》（ESIGN Act）和欧盟《电子身份识别与信任服务法规》（eIDAS规章）等地区性法规的背景下。

什么是数字签名？

数字签名是一种密码学技术，用于验证数字消息、软件或文件的真实性和完整性。它类似于手写签名或印章，但安全性更高。数字签名提供三大安全保障：

1. 身份认证——验证签名者的身份。
2. 完整性——确保消息未被篡改。
3. 不可否认性——防止签署人抵赖其签名行为。

凭借这些特性，数字签名被广泛应用于多个领域，从软件代码签名、电子邮件通信到合同和法律文件等安全文件签署。

数字签名背后的算法

那么，数字签名使用的到底是哪种算法？实际上，数字签名系统的核心是多种密码学算法的结合。这些算法通常结合了公钥密码学（非对称加密）和安全哈希函数。以下是业界最常用的一些数字签名算法：

1. RSA（Rivest–Shamir–Adleman）

RSA 是最经典且广泛使用的公钥加密体系。自1977年发布以来，RSA 被用于数据加密和数字签名，其工作原理如下：

• 私钥用于签名。
• 对应的公钥用于验证签名。

RSA 使用哈希函数从签名内容生成哈希值，该哈希值再用私钥加密以生成签名，从而确保信息的真实性并防止篡改。RSA 被多个国家和国际标准认可，包括美国联邦法律下的 FIPS 186。

2. DSA（数字签名算法）

DSA 由美国国家安全局（NSA）开发，并作为数字签名标准（DSS）的一部分被采纳在 FIPS PUB 186 中。DSA 没有专利，可以自由使用。

DSA 和 RSA 的运作机制不同，但同样使用公钥和私钥。它常用于美国政府要求 FIPS 合规的应用中。该算法支持可变密钥长度，在 FIPS 186-3 下最长可达3072位，在满足美国法规的同时提供强大安全性。

3. ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）

ECDSA 是基于椭圆曲线密码学（ECC）的 DSA 变种。与 RSA 和普通 DSA 相比，椭圆曲线提供更短的密钥长度，实现更快的处理速度和更少的存储需求。基于这些优势，ECDSA 越来越多地被应用于移动设备和物联网（IoT）等对资源敏感的场景。

此外，ECDSA 也被纳入 FIPS 标准，在需要遵循现代密码学监管的司法辖区内，已广泛被采用，如美国 NIST 标准和欧盟的 eIDAS 规章等。

4. EdDSA（Edwards 曲线数字签名算法）

EdDSA 是一种较新的算法，旨在实现高性能且抵抗多类密码攻击。因其速度快、安全性高并适合高吞吐系统而日益流行。最常用的变种为 Ed25519，它采用 Curve25519 椭圆曲线，既快速又安全。

德国、法国等国家积极支持包括 EdDSA 在内的密码学研究，表明数字身份验证与数据保护趋势正在朝着本地与跨境合规方向发展。

符合本地法规的标准

不同国家和地区对数字签名的使用有特定的法律标准和法规要求。这些指导原则影响了所接受的算法类型及其实施方式。

1. 美国 – ESIGN 法案与 UETA

美国通过《全球与国家商业电子签名法案》（ESIGN Act）和《统一电子交易法》（UETA）承认数字签名的合法性。ESIGN 并未具体规定必须使用某一种算法，但强调需通过“安全”的方法达成身份验证和数据完整性。

对于寻求联邦级合同或者运营于高度监管行业（如医疗、金融）的企业来说，使用如 RSA、DSA、ECDSA 等 FIPS 批准算法是关键所在。

2. 欧盟 – eIDAS 规章

根据《eIDAS规章》（欧盟第 910/2014号法规），欧盟将签名划分为：

• 电子签名
• 高级电子签名（AdES）
• 合格电子签名（QES）

“合格签名”要求使用由信任服务提供商（TSP）颁发的合格证书所生成的签名。此类应用中通常采用 ECDSA 和 RSA 算法，并结合硬件安全模块（HSM）或智能卡以符合法规。

3. 亚太地区 – 本地政府标准

日本、韩国、澳大利亚等国家已采纳与联合国成文国际贸易法委员会（UNCITRAL）指南一致的电子签名法律。例如，澳大利亚的《1999年电子交易法》在保持灵活性的同时，强调真实性、完整性与可靠性。该地区通常推荐高效的 ECDSA 签名算法。

数字签名中的哈希函数

除了加密算法外，数字签名还利用安全哈希函数，例如：

• SHA-2（安全哈希算法2）
• SHA-3（安全哈希算法3）

哈希函数将输入数据转换为固定长度的哈希值。数字签名通常只对哈希值进行签名，从而加快处理速度并提升安全性。

当前被主流密码学标准采纳的哈希算法通常为 SHA-256 或更高版本，特别是在政府和金融行业应用中已成为强制要求。

为什么算法选择至关重要

选择正确的算法对于合规和长期安全具有决定性意义。过时的算法可能存在安全漏洞。例如，SHA-1 已被绝大多数机构淘汰，因其存在碰撞风险；同样，RSA 密钥长度不足2048位也被认为不安全。

包括 NIST 在内的监管机构会随着计算能力与威胁模型的变化定期更新推荐策略。组织必须及时了解这些动态以保持合规，降低法律与网络安全风险。

总结

了解数字签名使用的是什么算法，对保障数据安全和履行法律责任至关重要。无论是 RSA、DSA 还是 ECDSA，所选择的算法将直接关系到是否符合美国 ESIGN 法案、欧盟 eIDAS 规章等地区性规定。

随着数字交易和跨境交流快速增长，选择符合行业最佳实践和合规标准的数字签名算法不再是可选项，而是企业生存发展的必然要求。

选用合适的数字签名算法，不仅能保护组织的数据安全，也能赢得各司法辖区客户与法律体系的信任。

为确保万无一失，请始终确保你的数字签名解决方案基于最新、合规，且受所适用法规认可的算法构建。